Bioprinting: ما هو وكيف يتم استخدامه في الطب

المحتوى

• كيف يعمل Bioprinting
• Bioprinting على رقاقة
• الطباعة الحيوية وترقيع العظام
• الطباعة الحيوية وتجديد الجلد والأنسجة
• الطباعة الحيوية لأوعية الدم

Bioprinting (المعروف أيضًا باسم الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد) هو مزيج من الطباعة ثلاثية الأبعاد مع المواد الحيوية لتكرار الأجزاء التي تحاكي الأنسجة الطبيعية والعظام والأوعية الدموية في الجسم. يتم استخدامه بشكل أساسي فيما يتعلق بأبحاث الأدوية ومؤخراً كسقالات خلوية للمساعدة في إصلاح الأربطة والمفاصل التالفة. تم استخدام Bioprinting في الطب منذ حوالي عام 2007 وتم استخدامه للمساعدة في دراسة أو إعادة إنشاء كل نسيج وغضروف وعضو تقريبًا في الجسم.

كيف يعمل Bioprinting

الطابعة ثلاثية الأبعاد قادرة على توفير العمق لأي شيء تطبعه ، والطابعة الحيوية تفعل ذلك عن طريق توزيع المواد الحيوية مثل الخلايا الحية ، والغراء الاصطناعي ، وسقالات الكولاجين في طبقات لإنشاء كائن. تسمى هذه العملية التصنيع الإضافي - يتم تقوية المواد التي يتم إدخالها إلى الطابعة عند خروجها لإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد.

لكن الأمر ليس بهذه البساطة مثل وضع المواد في طابعة ثلاثية الأبعاد والضغط على زر. من أجل الوصول إلى مرحلة التصنيع الإضافي ، تحتاج الطابعة إلى تلقي مخطط - صورة تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر لما تحاول إنشاءه. ثم يتم إدخال المواد التي تريد استخدامها للكائن في الطابعة. تقرأ الطابعة الملف الرقمي الذي قدمته لها أثناء طباعة المواد التي قدمتها لها في طبقات لإعادة إنشاء الكائن المطلوب. ستبرد كل طبقة وتلتصق ببعضها البعض (بفضل الكولاجين أو الغراء أو في بعض الحالات الخلايا نفسها فقط) ، مما ينتج عنه قطعة صلبة وثابتة.

من أجل جعل الخلايا الحية (التي يشار إليها عادةً باسم bioink) تغذي الطابعة الحيوية ، هناك عدد من الطرق التي يمكن للباحثين اتباعها. أولاً ، يمكن أخذها مباشرة من المريض الذي تتم الطباعة الحيوية له. أو ، إذا تم استخدامها لأغراض البحث أو في الحالات التي لا يمكن فيها استخدام الخلايا الجذعية للمريض ، فيمكن استخدام الخلايا الجذعية البالغة ، حيث يمكن التلاعب بها لنوع الخلايا اللازمة للطباعة الحيوية لإعادة تكوين الأنسجة.

غالبًا ما يكون المخطط الذي تستخدمه الطابعة الحيوية عبارة عن مسح للمريض. يسمح هذا للطابعة الحيوية بإعادة إنشاء الأنسجة من خلال الرجوع إلى الفحص واستخدام طبقات رقيقة ودقيقة من أجل بناء الأنسجة أو طباعتها.

Bioprinting على رقاقة

إحدى الطرق التي تُستخدم بها الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد حاليًا في المجتمعات العلمية والطبية هي اختبار الطب التجديدي. في معهد Wyss بجامعة هارفارد ، طور باحثون طابعة بيولوجية ثلاثية الأبعاد يمكنها إنتاج أنسجة وعائية لخلايا بشرية حية تُطبع على شريحة. يستخدمون هذا النسيج على رقاقة لربطها بقناة الأوعية الدموية ، مما يتيح للأبحاث إعطاء مغذيات الأنسجة لمراقبة النمو والتطور.

تساعد القدرة على زراعة الأنسجة على رقاقة الباحثين على دراسة التقنيات الجديدة في الطب التجديدي وكذلك اختبار الأدوية. باستخدام طابعة بيولوجية ثلاثية الأبعاد ، يمكن للباحثين أيضًا النظر في طرق مختلفة لإنشاء الرقائق. كان أحد الإنجازات هو إنشاء قلب على شريحة ، مع أجهزة استشعار لأغراض البحث وجمع البيانات. قد يتطلب هذا في السابق اختبار الحيوانات أو تدابير أخرى.

الطباعة الحيوية وترقيع العظام

عندما يتعلق الأمر بممارسة الطب ، لا يزال هناك الكثير لتعلمه واختباره في إنشاء أعضاء مطبوعة بيولوجيًا تتناسب مع حجم الإنسان. لكن يتم اتخاذ خطوات كبيرة ، كما هو الحال في منطقة ترقيع العظام لإصلاح مشاكل العظام والمفاصل المحيطة بها.

يأتي أبرز تقدم من الباحثين في جامعة سوانسي في ويلز. يمكن للطابعين البيولوجيين التابعين للفريق إنشاء مواد عظام اصطناعية بأشكال محددة مطلوبة باستخدام مادة قابلة للتجديد ومتينة. أنشأ الباحثون في AMBER Science Foundation Ireland و Trinity College في دبلن بأيرلندا عملية لدعم الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لمواد العظام للمساعدة في العيوب الناتجة عن استئصال الورم والصدمات والعدوى ، فضلاً عن تشوهات العظام الوراثية.

كما حققت جامعة نوتنغهام في إنجلترا مكاسب في هذا المجال من الطب ، حيث قامت بطباعة نسخة من العظم الذي يتم استبداله وتغطيته بالخلايا الجذعية. يتم وضع السقالة داخل الجسم. بمرور الوقت ، بمساعدة الخلايا الجذعية ، يتم استبدالها بالكامل بعظم جديد.

الطباعة الحيوية وتجديد الجلد والأنسجة

الجلد هو مجال طب ناجح للطباعة الحيوية نظرًا لقدرة الجهاز على وضع طبقات أثناء الطباعة. نظرًا لأن الجلد عبارة عن عضو متعدد الطبقات ، يتألف من خلايا مختلفة داخل كل طبقة ، يأمل الباحثون أن تساعد الطباعة الحيوية بمرور الوقت في إعادة إنتاج طبقات الجلد مثل الأدمة والبشرة.

يبحث الباحثون في كلية ويك فورست للطب في نورث كارولينا عن كثب في هذا الأمر عندما يتعلق الأمر بضحايا الحروق الذين ليس لديهم ما يكفي من الجلد غير التالف للحصاد للمساعدة في العناية بالجروح والشفاء. في هذه الحالة ، ستحصل الطابعة الحيوية على معلومات جرح المريض من الماسح الضوئي (بما في ذلك العمق وأنواع الخلايا المطلوبة) من أجل المساعدة في تكوين جلد جديد يمكن استخدامه بعد ذلك على المريض.

في جامعة ولاية بنسلفانيا ، يعمل الباحثون على الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد التي يمكن أن تخلق غضروفًا للمساعدة في إصلاح الأنسجة في الركبتين وغيرها من المناطق التي تتآكل عادة بسبب التآكل في الجسم ، وكذلك الجلد وأنسجة الجهاز العصبي الأخرى الضرورية لصحة الأعضاء. .

الطباعة الحيوية لأوعية الدم

تعد القدرة على إعادة تكوين الأوعية الدموية باستخدام طابعة حيوية مفيدة ليس فقط في إمكانية زرعها مباشرة في المريض ، ولكن أيضًا لاختبار الأدوية والطب الشخصي. حقق الباحثون في مستشفى بريجهام والنساء مكاسب في هذا المجال من الطب من خلال طباعة ألياف الاغاروز التي تعمل كأوعية دموية. وجد الباحثون أن هذه الأوعية الدموية المطبوعة بيولوجيًا قوية بما يكفي للتحرك وتشكيل شبكات أكبر ، بدلاً من أن تتحلل حول بنية موجودة.

كلمة من Verywell

إن البحث الذي ينبع من الطباعة الحيوية مذهل ، وبينما كان هناك تقدم كبير في المعرفة والمكاسب التي تحققت من القدرة على الطباعة الحيوية للعظام والجلد والأوعية الدموية والغضاريف وحتى الأعضاء ، لا يزال هناك الكثير من التقدم الذي يتعين إحرازه قبل الكثير من هذه الممارسات يتم تكييفها في الطب.

قد يكون البعض جاهزًا في وقت أقرب من البعض الآخر. في حالة الطباعة البيولوجية والجلدية ، يأمل باحث الجلد أن يكون العلم جاهزًا في غضون خمس سنوات للجنود الذين يعانون من حروق شديدة أثناء القتال. المجالات الأخرى للطباعة البيولوجية ، مثل إعادة تكوين الأعضاء ليستخدمها البشر ، لا يزال أمامها طريق للتطوير.

عندما يتعلق الأمر بتقليد عمليات الجسم ومراقبة تفاعل بعض الأدوية داخل نظام الجسم الأكبر ، فتحت الطباعة الحيوية أبوابًا في جمع البيانات وكذلك طرقًا غير جراحية لمعرفة كيفية تفاعل جسم الإنسان مع مواد معينة ، مما قد يؤدي إلى دواء أكثر تخصيصًا للمريض ولآثار جانبية أقل.