بیوپرینتر سه‌بعدی میتواند عضو تولید کند؟

به گزارش مجله خبری نگار/سینا،زینب زارعی بهجانی، عضو هیئت علمی گروه مهندسی بافت دانشگاه علوم پزشکی شیراز، در یادداشتی علمی که در اختیار رسانه‌ها قرار گرفته به تشریح آخرین دستاوردها، چالش‌ها و آینده این فناوری نوین پرداخته است. در این یادداشت آمده است:

تصور کنید در اتاق عمل، به جای انتظار برای یک عضو اهدایی از فردی ناشناس، پزشک دستگاهی را روشن می‌کند که لایه‌لایه، بافتی متناسب با بدن خود بیمار را «چاپ» می‌کند، نه از روی کاغذ، نه با جوهر رنگی، بلکه با سلول‌های زنده و مواد زیستی که پس از پیوند، با بدن یکی می‌شوند.

این صحنه، دیگر بخشی از فیلم‌های علمی تخیلی نیست. مهندسی بافت و بیوپرینتر سه‌بعدی در سال‌های اخیر چنان پیشرفت کرده‌اند که ساخت پوست، غضروف و حتی بخش‌هایی از استخوان، به مرحله آزمایشگاهی رسیده است و حالا، هدف بزرگ‌تر است: کلیه، کبد، قلب؛ اندام‌هایی که جان انسان‌ها را نجات می‌دهند.

برای درک فناوری بیوپرینتر سه‌بعدی، کافی است چاپگری را تصور کنید که به جای کارتریج، از یک سرنگ پر از سلول‌های زنده استفاده می‌کند. این سلول‌ها درون ماده‌ای ژله‌مانند به نام «جوهر زیستی» قرار دارند که هم برای سلول غذا فراهم می‌کند و هم به آنها اجازه می‌دهد در جای خود بمانند.

چاپگر با دقت بسیار بالا، لایه‌هایی از این جوهرزیستی را روی هم قرار می‌دهد تا شکلی سه‌بعدی پدید آید. این شکل، دقیقاً مطابق با مدل دیجیتالی است که از اسکن اندام بیمار تهیه شده است. امروزه، پژوهشگران با استفاده از این روش، بافت‌هایی ساخته‌اند که از نظر ظاهری و تا حدی عملکردی، به پوست، غضروف و استخوان طبیعی شباهت دارند.

اما وقتی صحبت از اندام‌های پیچیده‌تری مثل قلب یا کلیه به میان می‌آید، ماجرا سخت‌تر می‌شود. شاید جالب باشد بدانید که بزرگ‌ترین مشکل در مهندسی بافت، نه شروع کار، بلکه ادامه حیات بافت پس از ساخت است. بافتی که ضخیم‌تر از چند میلی‌متر باشد، به شبکه عروق خونی کارآمدی نیاز دارد تا اکسیژن و مواد غذایی را به عمق خود برساند. بدون این شبکه، سلول‌های داخلی به سرعت می‌میرند و بافت از کار می‌افتد.

به همین دلیل، یکی از داغ‌ترین حوزه‌های پژوهش در سال ۲۰۲۶، مهندسی عروق خونی است. دانشمندان در تلاش‌اند تا روشی پیدا کنند که بتوانند رگ‌های بزرگ و مویرگ‌های ظریف را همزمان با خود بافت چاپ کنند.

برخی گروه‌ها از قالب‌های قابل‌هضم استفاده می‌کنند، برخی دیگر از چاپ با چند نوع جوهر همزمان، و برخی هم به دنبال القای رشد طبیعی عروق درون بافت چاپ‌شده هستند. این دقیقاً همان نقطه عطفی است که می‌تواند مهندسی بافت را از یک دستاورد آزمایشگاهی به یک ابزار بالینی تبدیل کند.

در چند سال اخیر، علاوه بر بیوپرینتر سه بعدی فناوری‌های جدیدی پا به عرصه گذاشته‌اند که هرکدام به تنهایی می‌توانند انقلابی در این حوزه ایجاد کنند. از این میان می‌توان به فناوری چاپ چهار بعدی، فناوری تولید ارگانوئید، هوش مصنوعی و زیست ساخت درجا شاره کرد.

چاپ چهاربعدی فناوری نوینی است که به پژوهشگران اجازه می‌دهد که بافتی طراحی کنند که پس از پیوند، خودش را با شرایط درون بدن هماهنگ کند و بتواند در پاسخ به محیط یا محرک‌های مشخص تغییر شکل دهد یا به سمت یک وضعیت از پیش طراحی‌شده حرکت کند.

در این فناوری زمان به عنوان یکی از اجزای مهم در طراحی بافت مهندسی شده اهمیت دارد. در واقع با کمک این فناوری پژوهشگران به دنبا پاسخ به سوال «چه چیزی چاپ کنیم؟» نیستند، بلکه می‌پرسند «چگونه این بافت پس از چاپ، تکامل پیدا می‌کند و به بلوغ می‌رسد؟».

ارگانوئید‌ها ساختار‌های ریزی هستند که از سلول‌های بنیادی رشد می‌کنند و تا حدی شبیه به اندام واقعی عمل می‌کنند. این مدل‌های مینیاتوری، نه تنها برای مطالعه بیماری‌ها فوق‌العاده مفید هستند، بلکه می‌توانند برای آزمایش دارو‌های جدید بدون نیاز به حیوانات یا انسان، استفاده شوند.

جالب‌تر این که ترکیب ارگانوئید‌ها با بیوپرینتر، به دانشمندان اجازه می‌دهد که جایگاه دقیق انواع سلول‌ها را در بافت کنترل کنند و مدل‌هایی بسازند که بسیار دقیقتر و کارآمدتر از نسل‌های قبل هستند.

الگوریتم‌های هوش مصنوعی امروز در تمام مراحل چاپ زیستی از انتخاب بهترین ترکیب زیستی گرفته تا تنظیم فشار و سرعت چاپ و حتی کنترل کیفیت لحظه‌ای نقش دارند.

جدیدترین پژوهش‌ها نشان می‌دهند که سیستم‌های چاپ تطبیقی، که با هر لایه اطلاعات جدیدی دریافت می‌کنند و مسیر خود را اصلاح می‌کنند، می‌توانند دقت و موفقیت را به طرز چشمگیری افزایش دهند.

شاید هیجان‌انگیزترین پیشرفت در این زمینه، حرکت به سمت «زیست‌ساخت درجا» باشد. در این روش، دیگر نیازی نیست بافت را در آزمایشگاه بسازید و سپس پیوند بزنید؛ بلکه با استفاده از رباتیک، امواج اولتراسوند، نور یا میدان‌های مغناطیسی، مواد ترمیمی مستقیماً در محل آسیب فعال می‌شوند. این یعنی روزی ممکن است پزشک بدون برش بزرگ، با کمک یک دستگاه قابل‌حمل، بافت ازدست‌رفته را در همان جایگاه اصلی‌اش بازسازی کند.

با تمام این پیشرفت‌ها، نبایدفراموش کرد که مسیر تا پیوند روتین یک کلیه یا قلب چاپ‌شده، هنوز بسیار طولانی است و پژوهشگران با چالش‌هایی از جمله «بلوغ سلولی» که سلول‌های چاپ‌شده باید پس از پیوند، عملکرد کامل خود را پیدا کنند، که این وموضوع بسیار پیچیده است، «ایمنی بلندمدت» هیچ‌کس نمی‌داند یک بافت چاپ‌شده پس از پنج یا ده سال در بدن چه واکنشی نشان می‌دهد.

همچنین «هزینه و مقیاس»، تولید انبوه بافت‌های شخصی‌سازی شده، هنوز بسیار گران و زمان‌بر است و حتی «قوانین و مجوزها» نهاد‌های نظارتی هنوز چارچوب مشخصی برای تأیید محصولات بیوپرینترپی ندارند، و این خود یک مانع بزرگ محسوب می‌شود.

با وجود تمام این سختی‌ها، جهت‌گیری علم کاملاً مشخص است. یکی از اهداف مهندسی بافت گذر از دوران «ساخت داربست‌های مصنوعی» و ورود به عصر «سامانه‌های زنده، هوشمند و سازگار با بدن» است.

احتمالاً آینده پیوند عضو، نه در انتظار یک اهداکننده ناشناس، بلکه در ترکیب سلول‌های خود بیمار، یک چاپگر زیستی پیشرفته، چند الگوریتم هوشمند، و دانش عمیق مهندسی و پزشکی رقم خواهد خورد. آینده‌ای که در آن، پزشکی فقط بیماری را درمان نمی‌کند، بلکه تلاش می‌کند بافت از دست‌رفته را دوباره بسازد.