ترمیم بافت های آسیب دیده، مانند غضروف زانو، با ایمپلنت های سلولی یک رویکرد امیدوارکننده برای بازسازی بافت است. اکنون، مهندسین زیستی با بودجه NIBIB در آزمایشگاه بیومتریال برنج، داربستی با چاپ سه بعدی ایجاد کرده اند که برای حمایت از رشد بافت های پیچیده متشکل از لایه های مختلف انواع سلول با ویژگی ها و عملکردهای ساختاری متفاوت طراحی شده است.
این تیم توسط دکتر آنتونیوس جی میکوس، پروفسور لوئیس کالدر در مهندسی زیستی، مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه رایس، هیوستون، تگزاس رهبری می‌شد. این کار در مجله علمی Bioprinting گزارش شده است.1
تیم رایس و سایرین در این زمینه قبلا داربست هایی با چاپ سه بعدی ساخته اند که تعلیق تک سلولی را حمل می کنند. با این حال، نواحی آسیب دیده، مانند استخوان و غضروف، در واقع از انواع مختلفی از سلول ها و بافت ها تشکیل شده اند که اغلب بر روی هم قرار گرفته اند و هر لایه دارای خواص بیولوژیکی و مکانیکی متفاوتی است.
Mikos توضیح داد: «این فناوری جدید به ما اجازه می‌دهد تا داربست‌های چندلایه‌ای را که با انواع سلول‌های مختلف در هر لایه کاشته شده‌اند، چاپ کنیم. “هدف رشد بافت هایی است که بهتر از ساختار اصلی تقلید کنند تا ترمیم عملکردی تر و بادوام تر ایجاد شود.”
سیستم پرینت سه بعدی از چند جهت منحصر به فرد است. این ایمپلنت از ترموپلاستیک ساخته شده است که در لایه‌هایی از نخ‌هایی که شبیه کراکرهای مینیاتوری Triscuit هستند، چاپ می‌شود و «نخ‌های» آن‌ها در لایه‌های متناوب چیده شده‌اند. این رشته های ترموپلاستیک استحکام مکانیکی قوی را ایجاد می کنند. این سیستم همچنین شیارهای نازکی را در هر نخ حک می کند. این کانال ها برای حمل انواع مختلف سلول های مورد نیاز برای ترویج رشد بافت های ترمیم کننده هنگام کاشت طراحی شده اند.
داربست از یک پلاستیک گرمانرم با خنک کننده سریع ساخته شده است، به طوری که پس از اچ کردن کانال های ریز، یک بیواینک حاوی انواع سلول های مورد نظر را می توان با خیال راحت و با دقت در هر لایه از ایمپلنت قرار داد. خنک‌سازی سریع همچنین امکان افزودن مولکول‌های فعال زیستی حساس به دما را فراهم می‌کند که باعث رشد سلول‌های کاشته شده می‌شوند.
میکوس می‌گوید: «نوآوری اصلی در اینجا توانایی ما برای بارگذاری داربست فضایی است که با پرینت سه بعدی با جمعیت‌های مختلف سلولی و با مولکول‌های فعال زیستی متفاوت است.
نمونه اولیه ایمپلنت در حال حاضر برای به حداکثر رساندن سازگاری زیستی و بهینه سازی زنده ماندن سلول ها و ترکیبات زیست فعال موجود در دستگاه در طول زمان به شدت در حال آزمایش است. این گروه همچنین در حال کار بر روی استفاده از تصویربرداری برای اندازه گیری اندازه و شکل دقیق ناحیه آسیب دیده هدف – به عنوان مثال، در غضروف زانو یک بیمار است. این داده‌ها برای برنامه‌ریزی چاپگر سه بعدی برای ایجاد ایمپلنت‌های لایه‌ای که دقیقاً در محل آسیب دیده قرار می‌گیرند، استفاده می‌شود.
این کار توسط مؤسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی (P41 EB023833)، Consellería de Cultura، Educación e Ordenación Universitaria، دانشجوی دکترا/دکتری از بنیاد علمی رابرت و جانیس مک‌نیر، و یک سازمان روبیکن پست دکتری تحقیقاتی Fellowland برای دکترای Nether پشتیبانی شد.
1. الیاف چاپ زیستی را با بیواینک در داربست های چاپ سه بعدی برای مهندسی بافت حکاکی کنید. لوئیس دیاز-گومز، ماریم ای. الیزوندو، گری ال کونز، مانی دیبا، لتیسیا کی. چیم، الیزابت کاسگریف-هرناندز، آنتونی جی. ملکیوری، آنتونیو جی. میکوس. چاپ زیستی، 2020; 18
