شبیه‌سازی بافت‌های بدن انسان با یک دستگاه بسیار کوچک مبتنی بر چاپ سه‌بعدی

دانشمندان دانشگاه واشنگتن و مرکز پزشکی UW، دستگاهی کوچک و سه‌بعدی ساخته‌اند که می‌تواند بافت‌های بدن انسان را با دقتی بی‌سابقه شبیه‌سازی کند.

به گزارش تک‌ناک، این ابزار در حدی کوچک است که روی یک انگشت جا می‌گیرد و به گونه‌ای طراحی شده است که به‌راحتی با فناوری‌های فعلی مهندسی بافت هماهنگ می‌شود.

پیشرفت‌های جدید در حوزه مهندسی بافت سه‌بعدی باعث شده‌اند که دانشمندان بتوانند سیستم‌های سلولی را با سرعت و دقت بیشتری بسازند. این فناوری به آنها کمک می‌کند تا روش‌های درمانی مختلف را طراحی و آزمایش کنند. هدف اصلی این است که شرایط طبیعی بدن را در آزمایشگاه بازسازی کند، تا سلول‌ها بتوانند مانند زمانی رفتار کنند که در بدن هستند.

چالش‌های روش‌های فعلی

یکی از روش‌های رایج، قرار دادن سلول‌ها درون ژلی معلق بین دو ستون مستقل است. این تکنیک برای رشد بافت‌هایی مانند: قلب، ریه، پوست و عضله استفاده شده است. با وجود مؤثر بودن این روش، محدودیت‌هایی وجود دارد و بررسی تعامل چند نوع بافت به‌ طور هم‌زمان دشوار است. دستیابی به کنترل دقیق‌تر بر ترکیب و چیدمان سلول‌ها می‌تواند امکان شبیه‌سازی بیماری‌های پیچیده مانند اختلالات عصبی-عضلانی را فراهم کند.

معرفی فناوری جدید در شبیه‌سازی بافت‌های بدن انسان

این دستگاه جدید با نام STOMP به دانشمندان کمک می‌کند تا محیط‌های بافتی خاص و الگو‌دار بسازند. طبق مقاله‌ای در مجله Advanced Science، این فناوری امکان بررسی دقیق واکنش سلول‌ها به محرک‌های مکانیکی و فیزیکی را فراهم می‌کند، در حالی که بخش‌های جداگانه‌ای از بافت به‌صورت شناور و مستقل شکل می‌گیرند.

در یکی از نمونه‌ها، پژوهشگران با استفاده از STOMP موفق شدند بافت نگهدارنده دندان (لیگامان پریودنتال) را شبیه‌سازی کنند. در تصویر بالا، بخش‌هایی که با رنگ قرمز مشخص شده‌اند، نشان‌دهنده‌ نواحی استخوانی هستند.

این پروژه زیر نظر دو پژوهشگر به نام‌های اشلی تبرگ (استاد شیمی) و نیت اسنیادکی انجام شده است. آنها نشان دادند که این دستگاه می‌تواند ساختارهای زیستی پیچیده‌ای مانند اتصال بین استخوان و رباط یا تفاوت‌های میان بافت قلب سالم و آسیب‌دیده (فیبروتیک) را بازسازی کند.

قالب‌ریزی با دقت بسیار بالا

فناوری STOMP بر پایه روشی ساخته شده که شبیه قالب‌گیری ژله است. در آزمایشگاه، ترکیبی از مواد زنده و مصنوعی به‌ صورت ژل در قالب مخصوص ریخته می‌شود. STOMP این روش را پیشرفته‌تر کرده است و با بهره‌گیری از پدیده‌ای به نام کشش مویینگی (مثل بالا رفتن آب در نی)، سلول‌ها را با دقت بالا در الگوهای مشخص قرار می‌دهد.

در آزمایش‌های انجام‌شده، از این فناوری برای بررسی نحوه‌ انقباض بافت قلب در حالت سالم و بیمار استفاده شد. همچنین با کمک آن، بافتی که دندان را به استخوان فک متصل می‌کند (لیگامان پریودنتال) بازسازی شد.

مزایای فناوری جدید در شبیه‌سازی بافت‌های بدن انسان

دستگاه STOMP که اندازه‌ بسیار کوچکی دارد (تقریباً به اندازه نوک انگشت)، روی یک پایه‌ دو ستونی قرار می‌گیرد و دارای یک کانال باز برای عبور مواد است. طراحی خاص این کانال باعث می‌شود که سلول‌ها با فاصله و چیدمان دقیق در جای مناسب قرار بگیرند و بدون نیاز به تجهیزات اضافی، بخش‌های جداگانه‌ای از بافت ساخته شوند.

همچنین استفاده از هیدروژل‌های تخریب‌پذیر به محققان اجازه می‌دهد که دیواره‌های دستگاه را تجزیه و بافت‌ها را بدون آسیب جدا کنند. اسنیادکی گفت: «در ژل‌های سه‌بعدی، سلول‌ها با انقباض خود باعث جدا شدن بافت از دیواره‌ها می‌شوند. اما از آنجا که همه سلول‌ها قدرت کافی ندارند و همه مواد زیستی قابل تغییر نیستند، این روش همیشه مؤثر نیست. ویژگی غیرچسبنده دستگاه STOMP، انعطاف‌پذیری بیشتری ایجاد می‌کند و امکان کنترل بهتر ساختار بافت را فراهم می‌آورد.