چاپ سه‌بُعدی سلول‌ها روی اندام داخلی بدن با یک ربات جدید

در سال‌های اخیر، استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ایجاد مواد زیستی که سلول‌های زنده (جوهرهای زیستی) و داروها را در خود جای می‌دهند، برای درمان طیف وسیعی از شرایط، مثلا با ایجاد پچ‌های قلبی یا گوارشی پدیدار شده و در حال رایج شدن است.

در حال حاضر، چاپ زیستی بیشتر برای تحقیق و توسعه داروهای جدید استفاده می‌شود. ایجاد سازه‌هایی که با جراحی در بدن کاشته می‌شوند، نیاز به استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی بزرگ دارند که خطرات خاص خود از جمله آسیب به بافت و خطر عفونت را به همراه دارند؛ همچنین از آنجایی که مواد زیستی معمولاً ساختارهای نرم و شکننده‌ای دارند، این پتانسیل را دارند که در فرآیند کاشت، آسیب ببینند.

یکی دیگر از چالش‌های رایج در استفاده از ساختارهای سه‌بعدی ایجادشده خارجی این است که ممکن است بین سازه و سطح بافتی که روی آن کاشته می‌شود، عدم تطابق وجود داشته باشد. این در حالی است که کاشت مواد زیستی به طور مستقیم روی بافت‌های هدف، راه‌حل امیدوارکننده‌ای را ارائه می‌دهد. اکنون مهندسان UNSW یک بازوی رباتیک نرمِ انعطاف‌پذیر و مینیاتوری ساخته‌اند که می‌تواند مانند یک آندوسکوپ وارد بدن شود و مواد زیستی را مستقیماً روی سطح اندام‌ها و بافت‌ها چاپ کند.

این دستگاه که F3DB نام دارد، از بیرون کنترل می‌شود و شامل یک بازوی رباتیک انعطاف‌پذیر و بلند است که در انتهای آن یک سر چرخشی با قابلیت مانور قرار می‌گیرد و جوهر زیستی را از طریق یک نازل مینیاتوری و چند جهته چاپ می‌کند. دکتر تان انگو دو نویسنده مسئول این پژوهش گفت: روش‌های موجود در چاپ زیستی سه‌بعدی نیاز به ساخت مواد زیستی در خارج از بدن دارند و کاشت آنها در یک فرد معمولاً به جراحی باز نیاز دارد که خطر عفونت را افزایش می‌دهد.

وی افزود: چاپگر زیستی سه‌بعدی انعطاف‌پذیر ما می‌تواند این مواد زیستی را مستقیماً به بافت یا اندام‌های هدف با رویکردی کم‌تهاجمی تحویل دهد. نمونه اولیه به لطف بدنه انعطاف‌پذیر خود قادر به چاپ سه‌بعدی زیست‌مواد به صورت چندلایه در اندازه‌ها و اشکال مختلف در مناطق دارای محدودیت و صعب العبور است.

هنگامی که دستگاه F3DB، چاپ را در یک منطقه به پایان برساند، می‌توان آن را به مکان دیگری هدایت کرد تا این فرآیند را دوباره شروع کند. این بدان معناست که این دستگاه می‌تواند برای چاپ مواد زیستی در مناطق وسیعی از جمله کل سطح اندام‌هایی مانند روده بزرگ، معده، قلب و مثانه استفاده شود، کاری که با دستگاه‌های چاپ زیستی فعلی قابل انجام نیست.

مهندسان این دستگاه را در خارج از بدن روی سطوح مسطح و منحنی از جمله داخل روده بزرگ مصنوعی و روی سطح کلیه خوک با استفاده از شکلات، ژل کامپوزیت و مواد زیستی برای چاپ دقیق اشکال مختلف آزمایش کردند. آنها دریافتند، سلول‌ها تحت تأثیر فرآیند چاپ قرار نمی‌گیرند و پس از چاپ، اکثر سلول‌ها هنوز زنده هستند. دستگاه F3DB علاوه بر چاپ مواد زیستی می‌تواند به عنوان یک دستگاه آندوسکوپی، تمیز کردن سازه‌ها با استفاده از فواره‌های آب، علامت‌گذاری ضایعات و تشریح بافت‌ها عمل کند.

مای تان تای، نویسنده ارشد این پژوهش تأکید کرد: دستگاه F3DB در مقایسه با ابزارهای جراحی آندوسکوپی توسعه‌یافته موجود به عنوان یک ابزار آندوسکوپی همه‌جانبه طراحی شده است که از استفاده از ابزارهای قابل تغییر که معمولاً با زمان طولانی‌تر رویه و خطرات عفونت مرتبط هستند، جلوگیری می‌کند.

در حال حاضر، هیچ دستگاه تجاری موجود نمی‌تواند بر روی بافت‌ها و اندام‌های داخلی چاپ انجام دهد. گروه سازنده F3DB می‌گویند، این دستگاه با توسعه بیشتر می‌تواند برای استفاده توسط متخصصان مراقبت‌های بهداشتی ظرف پنج تا هفت سال آینده آماده شود. نتایج این پژوهش در مجله Advanced Science منتشر شده است.