پرینت سه‌بعدی، انقلابی در دنیای پزشکی؛ چاپ زیستی در سال ۲۰۲۴ جهشی بزرگ خواهد داشت

به گزارش مجله خبری نگار/ایران-میترا جلیلی: در حال حاضر میلیون‌ها نفر در سراسر جهان به دلیل نارسایی اندام، بافت ناشی از بیماری یا افزایش سن و... نیاز به پیوند عضو دارند و علاوه‌بر درد و رنج بیماری، انتظار کشیدن برای دریافت عضو اهدایی، سخت‌ترین لحظه‌ها را برای بیماران و اطرافیان آن‌ها رقم می‌زند. در حالی که تعداد اهداکنندگان عضو در سال گذشته روندی رو به‌رشد نداشته، اما نیاز به اعضای اهدایی افزایش یافته و همین موضوع زمان انتظار برای دریافت عضو را بیشتر می‌کند.

در این میان پزشکان با همکاری فعالان حوزه فناوری به سمت استفاده از بیوپرینتر‌های سه‌بعدی رفته‌اند تا بتوانند با چاپ سه‌بعدی اعضا یا بافت‌های مورد‌نیاز بیماران بااستفاده از سلول‌های بدن خودشان، هم مدت زمان انتظار دریافت عضو را کاهش دهند و هم احتمال پس زدن پیوند را کمترکنند.

یک بازار ۵.۳ میلیارد دلاری

برخی، پرینت سه‌بعدی اعضا را کاری سخت می‌دانند و معتقدند که راه درازی در پیش است تا این پیوند فناوری و علم پزشکی بتواند به یاری بیماران نیازمند بشتابد. اما برخی دیگر از کارشناسان معتقدند باتوجه به نمونه‌های موفقیت‌آمیز آزمایشی و کاربردی استفاده از فناوری پرینت سه‌بعدی پیشرفته برای تولید موفقیت‌آمیز اندام‌های عملکردی پیچیده انسان همچون قلب، کلیه‌ها، کبد و سایر اندام‌های حیاتی با دقت استثنایی، روز‌های خوبی در راه است. پیشرفت فناوری چاپ سه‌بعدی برای ایجاد اندام‌های انسانی کاملاً کاربردی هم‌زمان با ورود به سال ۲۰۲۴، این پتانسیل را دارد که پیوند اعضا را در زمینه پزشکی متحول کند و به بیماران سراسر جهان که در انتظار نجات هستند، امیدی تازه تزریق کند.

بر اساس گزارش گلوبال دیتا، پیش‌بینی می‌شود ارزش بازار جهانی فعلی برای چاپ زیستی (بیوپرینت سه‌بعدی) تا سال ۲۰۳۰ به ۵.۳ میلیارد دلار برسد. این رشد بازار چاپ زیستی ناشی از عواملی مانند افزایش تقاضا برای بافت‌ها و اندام‌های پیوندی و استفاده از این فناوری در غربالگری دارو، تحقیقات سم‌شناسی و سایر موارد است.

ساخت بافت مغز با چاپ سه‌بعدی

مغز یکی از بافت‌های پیچیده است و بسیاری از دانشمندان برای حل مشکلات مغزی بیماران، چشم به فناوری پرینت سه‌بعدی دوخته‌اند. ساخت بافت مغزی با نورون‌های عملکردی، یکی از تازه‌ترین اخباری است که امید زیادی برای پزشکان ایجاد کرده است. محققان از تکنیک جدیدی برای چاپ سه‌بعدی بافت مغز استفاده کرده‌اند که سلول‌های آن به نورون‌های عملکردی تبدیل شده‌اند و در عرض چند هفته می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این رویکرد می‌تواند برای مطالعه بیماری‌های مغزی، آزمایش دارو‌ها یا مشاهده چگونگی رشد مغز مورد استفاده قراربگیرد. مغز با چالش‌های خاصی مواجه است، از جمله اینکه نورون‌های رشد‌یافته در آزمایشگاه باید اتصالات عملکردی ایجاد کنند و بافت مغز باید از یک معماری پیچیده، اما ظریف پشتیبانی کند. ایجاد اندامی تا حد امکان نزدیک به واقعی برای تحقیق در مورد آسیب‌شناسی بیماری و همچنین آزمایش دارو‌های جدید، امری ضروری بوده که حالا به تحقق پیوسته است.

محققان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون (UW-Madison) یک بافت مغز را با پرینت سه‌بعدی پرینت کردند که علاوه‌بر رشد، مانند یک مغز معمولی عمل می‌کند. به گفته این محققان، این بافت مغزی می‌تواند یک مدل بسیار قدرتمند برای کمک به درک نحوه ارتباط سلول‌های مغز و بخش‌هایی از مغز در انسان باشد و نگاه پزشکان به زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، علوم اعصاب و بسیاری از اختلالات عصبی و روانی را تغییر دهد. در این روش، محققان یک هیدروژل فیبرین که عمدتاً از فیبرینوژن و ترومبین تشکیل شده به‌عنوان «جوهر زیستی» مورد استفاده برای چاپ بافت انتخاب کردند، زیرا این ماده با سلول‌های عصبی سازگار است و فیبرینوژن و ترومبین هر دو در لخته‌شدن خون نقش دارند.

محققان معتقدند از بافت مغز چاپ سه‌بعدی، می‌توان برای مطالعه سیگنال‌های سلولی در سندرم داون، تعامل بین بافت سالم و مبتلا به بیماری آلزایمر و آزمایش دارو‌های جدید استفاده کرد.

نجات پسر ۱۰ ساله اتریشی

چندی قبل هم پزشکان اتریشی موفق شدند با یک پروتز استخوانی که توسط یک چاپگر سه‌بعدی تولید شده بود، جان یک پسربچه را نجات دهند. فلیکس، نوجوان اتریشی ۱۰ ساله ساکن شهر سالزبورگ، مشغول کار جنگلداری در حومه منطقه «اولریخ‌شوگل» بود که ناگهان یک جرثقیل دستی روی او سقوط کرد و به سرش ضربه شدیدی وارد شد. وقتی پدر فلیکس او را بیهوش در جنگل پیدا کرد، جمجمه‌اش شکاف برداشته بود و خونریزی شدیدی داشت. او به بیمارستان دانشگاه سالزبورگ اتریش منتقل شد و آنجا بود که جدالی واقعی با زمان بین مرگ و زندگی آغاز شد. پزشکان موفق شدند با یک پروتز استخوانی که توسط یک چاپگر سه‌بعدی تولید شده بود، جان این پسربچه را نجات دهند.

آسیب به جمجمه بسیارجدی بوده و استخوان سر این نوجوان کاملاً از بین رفته بود و پزشکان تصمیم گرفتند این استخوان را با استفاده از پلاستیک مخصوص در آزمایشگاه چاپ سه‌بعدی بیمارستان دانشگاه تولید کنند. این جمجمه ظرف یک هفته با چاپگر سه‌بعدی آماده شد که در نوع خود در اروپا بی‌سابقه است. هرچند برخی نسبت به عواقب این عمل جراحی تردید داشتند و حتی منتظر فلج‌شدن یا اختلالات شناختی وی بودند، ولی وقتی بیمار به هوش آمد همه را به سرعت شناخت و این یک گام بزرگ در علم پزشکی شناخته شد. البته پزشکان معتقدند باید تا یک سال دیگر و بهبود کامل وی منتظر ماند و امیدوار بود که عواقب خاصی ایجاد نشود. فلیکس اکنون از بیمارستان مرخص شده، هرچند جای یک زخم بزرگ روی سرش وجود دارد که البته با رشد مجدد موهایش ناپدید خواهد شد.

پیوند پوست سه‌بعدی

سوختگی‌ها و ازبین رفتن پوست بدن در اثر زخم‌های شدید هم سالانه بسیاری را درگیر می‌کند و هنوز علم پزشکی موفق به رفع همه مشکلات این بیماران نشده است. فعالان حوزه فناوری در این زمینه هم ورود کرده‌اند و از یک دستگاه چاپگر سه‌بعدی برای ساختن پوستی شبیه انسان در آزمایشگاه استفاده کردند که می‌توان از آن برای پیوند استفاده کرد. یکی از مزیت‌های استفاده از بافت‌های پرینت سه‌بعدی این است که زخم‌ها سریع‌تر از پیوند‌های سنتی بهبود می‌یابند و این یک گام بزرگ برای رفع مشکلات سوختگی پوست به شمار می‌رود. پیوند‌هایی که از بیمار یا اهداکننده فوت‌شده می‌آیند، اغلب موقتی هستند یا زخم‌های نامطلوب بر جای می‌گذارند، اما دانشمندان دانشگاه Wake Forest در کارولینای شمالی برای اولین‌بار یک شبیه‌سازی تقریباً بی‌نقص از پوست انسان را برای کمک به بازسازی زخم‌ها در شدیدترین حالت‌ها انجام داده‌اند. چاپگر سه‌بعدی، پوست ضخیمی تولید کرد که بعد از پیوند آزمایشی، موفق شد به‌طور مؤثر رگ‌های خونی جدید تشکیل دهد و به بازسازی و بازیابی ساختار آن کمک کند. هرچند هنوز آزمایش انسانی انجام نشده، ولی پیوند پوست چاپ سه‌بعدی روی موش‌ها نتیجه‌بخش بوده است به گونه‌ای که در روز چهاردهم پیوند، زخم موش‌هایی که با پوست سه‌بعدی پوشانده شده بودند، کاملاً بسته شدند درحالی که زخم موش‌های دیگر که باند‌های سنتی را دریافت کردند، فقط ۶۴ درصد بسته شده بود.

ساخت یک گوش برای دختر ۲۰ ساله

در چند سال گذشته، فناوری پرینت سه‌بعدی باسرعت بی‌سابقه‌ای به آزمایش‌های محققان و سازمان‌ها ادامه داده است و سال گذشته یک دختر ۲۰ ساله مکزیکی به‌عنوان اولین فرد جهان یک گوش پرینت سه‌بعدی کاربردی که از سلول‌های زنده او ساخته شده را دریافت کرد. الکسا با گوش راست کوچک و بدشکل متولد شده بود و پزشکان از یک محصول تحقیقاتی «پیشگامانه» به نام AuriNovo برای ایجاد ایمپلنت گوش بافت زنده با چاپ زیستی سه‌بعدی برای بیمار استفاده کردند و یک لحظه تاریخی را رقم زدند. گفته می‌شود این محصول ترکیبی می‌تواند گوش خارجی بیماران مبتلا به میکروتیا، یک بیماری مادرزادی نادر که در آن کودکان با گوش‌های ناهنجار یا بدون گوش متولد می‌شوند را بازسازی کند. در این روش جدید، از سلول‌های غضروفی خود بیمار برای بازسازی گوش استفاده می‌شود.

ساخت فولیکول‌های مو

ریزش مو در اثر سن یا بیماری‌های مختلف گاه افراد را کلافه می‌کند و ترجیح می‌دهند با هر روش ممکن، به کاشت مو بپردازند. این موضوع مورد توجه فعالان حوزه پزشکی و فناوری قرار گرفته و برای ساخت فولیکول‌های مو با چاپ سه‌بعدی تلاش می‌کنند.

موفقیت تیمی در مؤسسه پلی تکنیک (Rensselaer RPI) نیویورک و استفاده محققان از بیوپرینت سه‌بعدی برای تولید فولیکول‌های مو، امیدی تازه در این بخش به افراد کم‌مو یا طاس داده است هرچند هنوز با پیوند‌های پوستی که باعث رشد مو شوند چندین سال فاصله داریم. بازسازی فولیکول‌های مو با استفاده از سلول‌های مشتق شده از انسان، همیشه یک چالش بوده است و گفته می‌شود اگر این سلول‌ها در یک محیط سه‌بعدی کشت شوند، می‌توانند به طور بالقوه فولیکول‌های مو یا ساقه‌های موی جدید را ایجاد کنند.

در این مسیر، محققان یک پوست حامل فولیکول را با تکنیک‌های چاپ سه‌بعدی که برای چاپ در سطح سلولی سازگار شده است، ایجاد کردند. دانشمندان به نمونه‌های سلول‌های پوست و فولیکول اجازه دادند تا درآزمایشگاه تقسیم و تکثیر شوند. اما طول عمر این بافت‌ها دو تا سه هفته بود که زمان کافی برای رشد ساقه‌های مو نیست. هدف کار آینده تیم تحقیقاتی، تمدید این دوره است تا به فولیکول مو اجازه دهد بالغ‌تر شود و راه را برای استفاده از آن در آزمایش‌های دارویی و پیوند پوست هموار کند.