گوش لازم دارید یا قلب؟
نویسنده : مریم حقپرست
چاپ سه بعدی یکی از فناوریهای نوین و در عین حال جذابی است که به تازگی در بسیاری از صنایع استفاده شده که در درجه اول بسیار جالب است اما برخی دانشمندان در پی ساخت چاپگرهای سه بعدی هستند که با استفاده از آنها جان میلیونها انسان را نجات دهند.تصورش را بکنید که اگر امکان چاپ اعضای بدن به صورت سفارشی و در یک چشم به هم زدن فراهم شود، دیگر هیچ بیماری مجبور به تحمل سالها درد و رنج و انتظار برای عضو پیوندی نخواهد بود.
محققان سالیان متمادی است که برای رشد اندامهای بدن در آزمایشگاه تلاش میکنند اما در اواخر دهه 1990 با معرفی فناوری چاپ سه بعدی ، چشم انداز جدید و باورنکردنی در این عرصه ایجاد شد.اولین بار دانشمندان انستیتو Wake Forest با استفاده ازاین فناوری، موفق به چاپ سه بعدی بلوکهای مصنوعی سلولی شدند که آنها را قادر به چاپ مثانه انسان میکرد، اما این گروه هیچ گاه مثانه انسان را به طور مصنوعی چاپ نکردند. در اوایل سال 2000 ، توماس بلیدر، مهندس بیولوژی دانشگاه کلِمسون، به اصلاح این چاپگرها برای تولید جوهربیولوژیکی و ساخت اندامهای سه بعدی اقدام کرد. در سال 2007 یکی از اولین شرکتهای فعال در زمینه چاپ بیولوژیک با نام Organovo راهاندازی شد.این شرکت در ابتدا شروع به تولید بافتهای کبد انسان برای تست داروها کرد. این شرکت امیدوار است در آینده نزدیک یک کبد کاربردی تولید کند.
مکانیسم چاپ سه بعدی اعضای بدن انسان
هر چند چاپ سه بعدی اعضای بدن انسان از تولید یک قطعه یا ابزار پلاستیکی بسیار ساده تر است، اما به صورت کلی، چاپ سه بعدی دارای مکانیسم مشخصی است که برای تمام ابزارها کارآمد است. چاپگرهای سه بعدی دارای کارتریجها یا مخازنی برای ذخیر ه جوهر از انواع مختلف و در مورد تولید اعضای بدن، دارای جوهرهای بیولوژیک هستند که با استفاده از سوزنهای موجود روی پلتفورم یا محل چاپ، براساس الگوی مشخص شده، شروع به چاپ اعضای بدن مورد نظر میکنند.
هرچند بسیاری از اعضای بدن از نظر ساختار شبیه هم هستند، اما برای این که پزشکان یک عضو را از طریق چاپ سه بعدی برای بیماری خاصی تولید کنند، باید عضو معیوب را از طریق گرفتن تصاویر سی تی اسکن و همچنین MRI به طور دقیق زیر ذره بین ببرند.سپس تصاویر حاصل باید با استفاده از نرم افزارهای خاص تحلیل و بررسی شود و با دستیابی به نقشه سلولی عضو مورد نظر ، میتوان نحوه تقسیم بندی سلولها در هر لایه را به طور دقیق مشخص کرد.
چاپگرسه بعدی اعضای بدن، به جای استفاده از پلاستیک یا فلز به عنوان ماده اصلی چاپ، از سلولهای انسانی استفاده میکند که این سلولها با موادی برای نگاه داشتن سلولها در کنار یکدیگر همراه میشوند. در کنار استفاده از سلولهای مختص به عضو مورد نظر، میتوان از سلولهای بنیادی نیز استفاده کرد که قابلیت تبدیل به دیگر سلولهای مورد نظر را دارند. همچنین میتوان از موادی که وجودشان دربدن انسان ،مشکلی از نظر سلامتی ایجاد نمیکند در چاپ سه بعدی استفاده کرد. به عنوان مثال در سال 2012 یک فک تیتانیمی به دهان زنی 83 ساله پیوند زده شد.
پس از پایان فرآیند چاپ سه بعدی، عضو چاپ شده در انکوباتور (ابزاری آزمایشگاهی برای کشت و رشد دادن نمونههای زنده مانند سلولها و میکروب ها) قرار میگیرد که موجب فعال سازی سلولها وآغاز به کار آنها مانند یک عضو حقیقی بدن انسان میشود.مرحله نهایی، اصلیترین و البته پیچیدهترین مرحله است که شاید بتوان آن را عامل اصلی تجاری نشدن تولید اعضای بدن از طریق چاپ سه بعدی دانست.
چالشهای پیش رو
مهم ترین چالش پیش رو برای چاپ سه بعدی اعضای بدن ، یافتن موادی است که بتوان با استفاده از آنها اعضای بدن را تولیدکرد و خارج از محیط بدن رشد داد. همچنین نمیتوان عضوی از بدن راپس ازچاپ، به راحتی درون بدن بیمار قرار داد، چرا که اعضای بدن ساختار بسیار پیچیدهای دارند و صرفا کنار هم قرار دادن چندین سلول در قالب یک عضو،به معنای کار کردن آنها درون بدن انسان نیست.در واقع به گفته هود لیپسون، یکی از مهندسان بیولوژیک Cornell ،می توان سلولها را در شکل یکی از اعضای بدن مثلا بافت قلب کنار هم قرار داد، اما کلید استارت کجاست تا با فشار دادن آن، عضو چاپ شده آغاز به کار کند؟ در این میان مشکل دیگر ایجاد رگهای خونی است. تمامی اعضای بدن نیازمند سیاهرگ ها، مویرگها و سرخرگها هستند که با استفاده از آنها خون به داخل عضو مورد نظر پمپاژ میشود و املاح و مواد مورد نیاز خود را از این طریق دریافت میکند اما چاپ چنین مجراهایی در داخل اعضا بسیار دشوار است.البته وجود این مشکلات به معنای پایان کار و نبود راهی برای حل مشکل نیست، بلکه شماری از متخصصان موفق به ساخت نمونه هایی از رگهای خونی با استفاده از پلیمرهای مولکولی براساس مواد قندی شده اند. تلاشهای دیگری نیز توسط محققان فرانهوفر و همچنین محققان دانشگاه هاروارد انجام شده است که در مورد آخر، دانشمندان موفق به چاپ اعضای بدن با مجراهایی به منظور عبور خون وهمچنین مواد مغذی شده اند.
آینده چاپ سه بعدی اعضای بدن
تا کنون فعالیتهای نیمه موفق بسیاری برای تولید اعضای بدن از طریق چاپ سه بعدی انجام شده که دلیل نیمه موفق بودن آنها کاربردی نشدن نمونههای تولید شده در محیط واقعی است. برخی از این نمونهها نیز حیاتی چند روزه داشته اند؛ برای مثال میتوان به شش تولید شده توسط شرکت Organovo اشاره کرد که تنها حیاتی ۴۰ روزه داشته، در حالی که گروهی از محققان دانشگاه Louisville موفق به تولید نمونه ای کاربردی از دریچههای قلب و رگهای کوچک شده اند کهامیدوارند از آنها در نمونههای چاپ شده قلب خود استفاده کنند. همچنین نباید گوش ساخته شده توسط مهندسان بیولوژی Cornell را از یاد برد که قادر است به خوبی انجام وظیفه کند.همچنین محققان چینی موفق به ساخت کلیهای با استفاده از چاپ سه بعدی شده اند که قادر است تنها چند ماه به حیات ادامه دهد.