تولید یک جوهر زیستی ایمن برای چاپ اندام مصنوعی

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، این روز‌ها توسعه بیومواد و جوهر‌های زیستی برای چاپ اندام‌ها و بافت‌های مصنوعی به دلیل افزایش آسیب‌های ناشی از تصادف و بیماری‌های مزمن بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است.

از طرفی فناوری چاپ زیستی سه بعدی که از سلول‌ها و مواد زیستی برای ایجاد ساختار‌های بافت مصنوعی سه بعدی استفاده می‌کند، اخیراً محبوبیت پیدا کرده است. با این حال، جوهر‌های زیستی مبتنی بر هیدروژل که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توانند به دلیل عامل اتصال متقابل شیمیایی و نور فرابنفش که ساختار مولکولی جوهر زیستی پرینت‌شده با چاپ سه‌بعدی را به هم متصل می‌کنند، باعث سمیت سلولی شوند.

از این رو گروه تحقیقاتی دکتر سونگ سو چانگ در مرکز بیومواد، موسسه علم و فناوری کره (KIST)، برای اولین بار بر روی توسعه جوهر زیستی حساس به دما که مبتنی بر هیدروژل پلی (ارگانوفسفازن) است متمرکز شده است که ساختار فیزیکی خود را فقط با کنترل دما به طور پایدار حفظ می‌کند.

در این روش بدون فوتوکور (سخت شدن با استفاده از تاباندن نور Uv یا فرابنفش) بافت القا شده بازسازی می‌شود و سپس پس از مدت زمان معینی در بدن تجزیه زیستی می‌شود.

جوهر‌های زیستی مبتنی بر هیدروژل کنونی باید پس از پرینت، از یک فرآیند فتوکیورینگ عبور کنند تا خواص مکانیکی داربست سه‌بعدی را افزایش دهند که خطر اثرات نامطلوب آن را در بدن انسان بالا می‌برد. علاوه بر این، با پیوند سلول‌های کشت‌شده خارجی در جوهرزیست برای افزایش اثر بازسازی بافت، احتمال عوارض جانبی وجود دارد.

 بر این اساس، محققان با استفاده از یک هیدروژل پلی (ارگانوفسفازن) حساس به دما، یک جوهر زیستی جدید توسعه داده‌اند که در دمای پایین شکل می‌گیرد و در دمای بدن به ژل سخت تبدیل می‌شود.

این دستاورد امکان بازسازی بافت‌ها را تنها با کنترل دما بدون عوامل شیمیایی یا اشعه ماوراء بنفش و ساخت داربست سه بعدی با ساختار فیزیکی پایدار فراهم می‌کند و احتمال اثرات نامطلوب ایمنی را در بدن انسان به حداقل می‌رساند.  

جوهرزیستی توسعه یافته همچنین دارای یک ساختار مولکولی است که می‌تواند با فاکتور‌های رشد تعامل کند، پروتئین‌هایی که به بازسازی بافت کمک می‌کنند تا فاکتور‌های رشدی که رشد سلولی، تمایز و پاسخ‌های ایمنی را برای مدت طولانی تنظیم می‌کنند، حفظ کنند.  این گروه از محققان توانستند اثر بازسازی بافت را با ایجاد محیطی که در آن تمایز سلولی می‌تواند به طور مستقل در داربست سه بعدی چاپ شده با جوهرزیستی تنظیم شود، به حداکثر برسانند.

 آن‌ها داربست سه بعدی را با چاپگر زیستی سه بعدی و با استفاده از بیوئینک حاوی فاکتور رشد تبدیل کننده بتا ۱ (TGF-β۱) و پروتئین مورفوژنتیک استخوان-۲ (BMP-۲) که برای نفوذ سلولی و بازسازی استخوان مورد نیاز بود، ساختند. سپس با کاشت این ساختار در استخوان آسیب دیده موش آن را مورد بررسی قرار دادند. در نتیجه، سلول‌های بافت اطراف به داخل داربست مهاجرت کردند و استخوان معیوب به سطح بافت طبیعی بازسازی شد و داربست ۳ بعدی کاشته شده طی ۴۲ روز و به آرامی در بدن تجزیه شد.

چانگ می‌گوید: تیم تحقیقاتی فناوری هیدروژل پلی فسفازن حساس به حرارت بر روی توسعه محصولاتی مانند مواد پیوند استخوان و پرکننده‌های آرایشی متمرکز شده است. از آنجایی که جوهرزیستی تولید شده این بار دارای خواص فیزیکی متفاوتی است، تحقیقات بعدی برای استفاده از آن در بازسازی سایر بافت‌ها به جز بافت استخوانی در حال انجام است و ما انتظار داریم که در نهایت بتوانیم جوهرزیستی متناسب با هر بافت و اندام را تجاری سازی کنیم.