محققان آمریکایی از چاپگر سه‌بعدی برای تولید اندام مینیاتوری بر روی تراشه به‌منظور آزمایش روش‌های درمانی جدید و بررسی عوامل بیولوژیک استفاده کرده‌اند.

 پروژه «اندام روی تراشه» از سلول‌های انسانی برای چاپ ساختارهای سه‌بعدی با قابلیت عملکرد مشابه قلب، ریه یا رگهای خونی استفاده می‌کند.

این اندام با قرار گرفتن بر روی ریز تراشه و اتصال به عروق خونی، امکان نظارت مستقیم بر شیوه‌های بالقوه درمانی و آزمایش واکسن‌های جدید را در شرایط آزمایشگاهی فراهم می‌کنند.

وزارت دفاع آمریکا برای توسعه فناوری اندام چاپ زیستی بودجه 24 میلیون دلاری در نظر گرفته است.

اندام چاپ سه بعدی

چاپ زیستی نوعی از چاپ سه‌بعدی است که امکان تولید بافت‌های انسانی را فراهم می‌کند؛ اندام بر روی تراشه نیز فناوری دیگری برای بررسی عملکرد اندام بدن در مقیاس مینیاتوری است.

محققان موسسه ویک فارست در کارولینای شمالی نخستین بار با تلفیق این دو فناوری دستگاه واحدی را طراحی کرده‌اند که از اندام چاپ سه‌بعدی بر روی ریزتراشه برای انجام آزمایشات مختلف استفاده می‌کند.

این پروژه با هدف بررسی نحوه واکنش مدل انسانی به سموم شیمیایی، عوامل بیولوژیک یا واکسن‌های جدید در حال اجراست.

چاپگرهای سه‌بعدی مورد استفاده در فناوری چاپ زیستی، از سلول‌های انسانی در داربست‌های مبتنی بر هیدروژل برای تولید اندام چاپ سه‌بعدی استفاده می‌کنند.

اندام مهندسی‌ساز سپس بر روی تراشه‌ای به ضخامت پنج سانتیمتر قرار داده شده و سیستم جایگزین گردش خون برای ارتباط سلولها با یکدیگر برقرار می‌شود.

این سیستم جایگزین خون باعث زنده نگه داشتن سلول‌ها شده و می‌تواند برای وارد کردن مواد شیمیایی یا عوامل بیولوژیک، همچنین آزمایش واکسن‌های جدید مورد استفاده قرار بگیرد.

حسگرها با اندازه‌گیری لحظه‌ای دما، سطح اکسیژن، اسیدیته (pH) و سایر عوامل، نحوه واکنش اندام در زمان مواجه با این شرایط را ارزیابی می‌کنند.

دکتر «آنتونی آتالا» مدیر موسسه ویک فارست و محقق اصلی این پروژه تأکید می‌کند: فناوری چاپ زیستی می‌تواند برای پیش‌بینی مواد شیمیایی و عوامل بیولوژیک، همچنین آزمایش اثربخشی روشهای درمانی جدید استفاده شود.

با توجه به آزمایش بر روی بافت‌های انسانی، نتایج بدست آمده در مقایسه با آزمایش بر روی حیوانات بسیار دقیق‌تر خواهد بود.

ضد حملات تروریستی

از دیگر کاربردهای این فناوری، آزمایش و تشخیص مواد سمی و عوامل بیولوژیک است؛ این پروژه از سوی آژانس کاهش تهدید دفاعی (DTRA) بعنوان ارگان مقابله کننده با سلاح‌های اتمی، شیمیایی و بیولوژیکی مورد تقدیر قرار گرفته است.

فناوری اندام چاپ سه‌بعدی بر روی تراشه می‌تواند زمان و هزینه‌های مقابله با حملات تروریستی بیولوژیکی را بشدت کاهش دهد.

فناوری چاپ زیستی

محققان موسسه ویک فارست فناوری چاپ زیستی را با هدف تولید بافت و اندام‌های جایگزین برای بیماران مورد نیاز طراحی کردند.

محققان در ابتدا قصد داشتند که اندام‌های صاف مانند پوست، اندام‌های لوله‌ای مانند عروق خونی، اندام‌های غیر لوله‌ای توخالی مانند معده یا مثانه را که عملکرد و ساختارهای پیچیده تر دارند، با کمک فناوری چاپ زیستی تولید کنند؛ اما ساخت اعضای جامد مانند قلب و کبد سخت‌ترین چالش پیش‌روی محققان است.

چاپ یک کلیه یا قلب مینیاتوری در ابعاد یک بیسکوئیت کوچک حدود 30 دقیقه بطول می‌انجامد.

دکتر «آتالا» خاطرنشان کرد: برای تولید یک اندام بزرگ با ساختار نسبتا پیچیده به سلول‌های زیادی در هر سانتیمتر نیاز داریم؛ اما چاپ زیستی اندام در اندازه واقعی ایده‌ای دور از دسترس نخواهد بود.

محققان در حال کار بر روی چاپ سه بعدی اندام قابل پیوند در ابعاد واقعی هستند.

نحوه عملکرد اندام چاپ سه بعدی بر روی تراشه