لأول مرة.. علماء يطبعون هياكل تحاكي الأنسجة البشرية بدقة مذهلة | العلوم

أعلن مهندسون طبيون في جامعة ملبورن في أستراليا عن تطوير نظام طباعة حيوية ثلاثي الأبعاد، وهو ابتكار غير مسبوق يمكنه إنشاء هياكل تحاكي الأنسجة المختلفة في جسم الإنسان، من الأنسجة الرخوة والحساسة مثل الدماغ والكليتين. الطريق إلى الأنسجة الصلبة مثل الغضاريف والعظام. وقد نشر الفريق تفاصيل عن تقنيته الثورية لتحليل في المجلة العلمية طبيعة، 30 أكتوبر.

ويمثل هذا الابتكار، بفضل تقنيات دقيقة وسرعة عالية، نقلة نوعية في تطوير نماذج الأنسجة التي تساعد في تجارب الأدوية واكتشاف علاجات جديدة، ويمكن أن يفتح الطريق أمام بديل فعال يقلل الاعتماد على التجارب على الحيوانات. البحوث الطبية

تكنولوجيا خاصة

تستخدم هذه الطابعة الحيوية تقنية فريدة تعتمد على الاهتزاز الصوتي جنبًا إلى جنب مع المعالجة البصرية، مما يحسن بشكل كبير من سرعة ودقة الطباعة.

ويشرح ديفيد كولينز الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة ملبورن الأسترالية والمشارك في البحث، في تصريحات خاصة للجزيرة نت، الطريقة المستخدمة في التكنولوجيا “باستخدام هذا الأسلوب في الطباعة”. ، نقوم بعرض صورة مركزة على أنبوب مجوف مع فقاعة في النهاية، حيث يعمل “هذا الضوء يجمد الراتنج السائل أو الهيدروجيل في طبقة ثنائية الأبعاد”.

“لإنتاج هيكل ثلاثي الأبعاد، ما يتعين علينا القيام به هو تحديث هذا الإسقاط بشكل مستمر أثناء تحريك رأس الطباعة عموديًا،” يتابع كولينز. ​​”الميزة الفريدة لهذا النهج هي أننا نجمع هذه المعالجة البصرية مع الاهتزاز الصوتي لتحسين بشكل كبير معدل الطباعة.”

وهي تشبه الطباعة ثلاثية الأبعاد اليوم، حيث يتم إنشاء جزء بلاستيكي ثلاثي الأبعاد عن طريق تكديس طبقات ثنائية الأبعاد فوق بعضها البعض. ولكن هناك فرق كبير في هذه الطابعة الحيوية الجديدة، حيث أنها تسمح بالتحكم الدقيق في مواقع الخلايا على المستوى الخلوي، لأنه يمكن تعديل موضع الخلايا بدقة داخل الهياكل المطبوعة بيولوجيا، وهو ما كان يعتبر في السابق تحديا تقنيا كبيرا للطابعة الجديدة لتحقيق. عند المرور

يقول كولينز: “من خلال اهتزاز سطح الطباعة لدينا، يمكننا تسريع معدل ملء الراتنج بين اللقطات، مما يسمح لنا بإنتاج هياكل عالية الدقة بسرعة كبيرة”.

وأضاف: “الميزة الخاصة الأخرى لهذا هو أنه يمكن استخدام هذا الاهتزاز أيضًا لتحديد موضع الخلايا أثناء الطباعة، لأنه يمكن محاذاة الخلايا في المواضع العقدية وفقًا للتردد الصوتي الذي نطبقه عبر رأس الطباعة”.

دقة مذهلة

في التقنيات السابقة، إذا كانت الأنسجة كبيرة جدًا – ملليمترًا أو أكبر – فإن نسخها المطبوعة تفتقر عمومًا إلى الدقة اللازمة لإنشاء الأوعية الدموية، خاصة على نطاق الشعيرات الدموية.

يقول كولينز: “إن ميزة النهج الذي نتبعه هي أن حد الدقة النهائي تمليه البصريات، مما يسمح لنا نظريًا بطباعة الهياكل بدقة ميكرون واحد. يبلغ حجم الخلايا النموذجية حوالي 10 ميكرون، مما يعني أنه يمكننا الطباعة الهلاميات المائية ذات الخلايا المدمجة بدقة أعلى من أي نظام طباعة آخر بشكل أسرع مما هو متاح.

وأضاف: “بفضل دقة وضوح الخلية وسرعة الطباعة فائقة السرعة، فإن نهجنا لديه القدرة على إنشاء قنوات سائلة على نطاق واسع، مما يسمح لنا بتكرار شبكات الأوعية الدموية المعقدة الموجودة في أعضاء مثل الكبد والكلى”.

بالإضافة إلى ذلك، أحد الجوانب المثيرة لهذه الطابعة الحيوية هو توافقها مع مجموعة واسعة من المواد الحيوية. يؤكد كولينز: “هذا النهج متوافق مع أي مادة يمكن معالجتها بصريًا، والتي تتضمن مجموعة واسعة جدًا من المواد الحيوية، سواء الاصطناعية منها أو المشتقة من الحيوانات”.

يسمح هذا التوافق بطباعة الأقمشة باستخدام مواد من مصادر طبيعية، مثل الجينات المشتقة من الطحالب، والتي يمكن تعديلها لتصلب بشكل متكامل مع عملية الطباعة.

طباعة الكلى

الكلى عضو معقد للغاية يتكون من ملايين الوحدات الوظيفية الصغيرة (النيفرونات)، ولكل منها دور محدد في تصفية الدم وإنتاج البول. ومن الصعب جدًا محاكاة هذا الهيكل المعقد بدقة بطباعة ثلاثية الأبعاد، لأن الكلى تتكون من أنواع مختلفة من الخلايا، ولكل نوع وظيفة محددة. ويجب أن تتأكد عملية الطباعة من أن هذه الخلايا منظمة بشكل صحيح ووظيفي. إن شبكة الأوعية الدموية داخل الكلية معقدة للغاية، ويمثل توفير إمدادات دم كافية للكلية المطبوعة تحديًا كبيرًا.

يقول كولينز: “لقد قمنا بطباعة نموذج على شكل كلية يحتوي على خلايا كلية تظل قابلة للحياة لعدة أيام، ونحن نعمل مع زملائنا لتطوير نماذج الأنسجة التي يمكن استخدامها كنماذج مرضية لتحسين اكتشاف الأدوية”.

نماذج الأنسجة التي طورتها هذه المجموعة لديها القدرة على تسريع اكتشاف الأدوية، حيث أن تكرار التفاعلات المختلفة بين الخلايا هو المفتاح لنمذجة كيفية عملها في جسم الإنسان. نظرًا لأنه يمكن طباعة نماذج الأنسجة مباشرة على المواد الاستهلاكية المخبرية الشائعة، فهذا يعني أنه يمكن طباعة مئات أو آلاف نماذج الأنسجة في عشرات الدقائق، مما يتيح الفحص السريع لمجموعة واسعة من الأدوية والتركيزات باستخدام هذه التقنية.

كما أن استخدام المواد الحيوية المتوافقة مع جسم الإنسان ولا تسبب رفضاً مناعياً يشكل تحدياً آخر، لذا فإن تطوير هذه المواد وتحديد التركيبة الأفضل منها يمثل تحدياً كبيراً. وحتى بعد طباعة الكلية، يجب التأكد من تكاملها الوظيفي مع بقية أعضاء الجسم، الأمر الذي يتطلب فهمًا شاملاً للتفاعلات بين الكلية والأعضاء الأخرى.

واختتم كولينز حديثه بالقول: “نحن بالتأكيد نخطط لتسويق هذا العمل تجاريًا، ونأمل أن نجعل هذه التكنولوجيا متاحة للباحثين في العام أو العامين المقبلين، وفي النهاية ستعمل هذه التكنولوجيا على تحسين حياة الناس من خلال تحسين فهمنا للمرض والمساعدة في تسريع عملية اكتشاف المرض”. اكتشاف علاجات جديدة.”