پرینت سه‌بعدی کبد
بیش از 4.5 میلیون نفر تحت تأثیر برخی از بیماری‌های کبدی در ایالات متحده آمریکا قرار دارند. این تقریبا 2٪ از کل جمعیت است و پیوند تنها درمان ممکن برای مرحله نهایی بیماری کبدمحسوب می‌شود. نیازی به گفتن نیست، وقفه بین نیازهای اندام و در دسترس بودن افزایش می‌یابد.
در سال 2016، محققان دانشگاه Califonia San Diego موفق به پرینت سه‌بعدی بافت اندام شدند که هم از نظر شکل و هم از نظر عملکرد دقیقاً مشابه ساختارهای کبد واقعی است. بعد از آن، این قبیل بافت‌های مهندسی زیستی توسط صنعت داروسازی برای تولید دارو و آزمایش استفاده شده‌اند. شرکت Organovo توانسته است تکه‌های بافت کبد را به صورت سه‌بعدی چاپ کند، و این اقدام را تا آنجا ارتقاء داده که در سال 2018 موفق به پیوند زدن آن‌ها به موش‌های زنده شده است. نتایج این اقدام بسیار مثبت بودند، به طوریکه ابقاء و عملکرد بافت یک ماه پس از کاشت تأیید شد. از آن زمان، این شرکت هدف خود را اجرای پیوندهای جزئی کبد برای آزمایشات انسانی در سال 2020 قرار داده است، گرچه هنوز این امر محقق نشده است.
در اواخر سال 2019، محققان برزیلی از دانشگاه São Paulo از چاپ زیستی موفقیت‌آمیز "کبد مینیاتور (کوچک)" ((Miniature Livers خبر داده‌اند. این ساختارهای ارگانوئیدی (اندام‌واره) از سلول‌های خونی انسان بوده و عملکردهای طبیعی کبد مانند تولید پروتئین، ذخیره ویتامین‌ها و حتی ترشح صفرا را انجام می‌دهند. به گفته محققان، کل فرآیند از زمان گرفتن خون بیمار تا رشد نهایی کبد کوچک (Mini-Livers)، تقریباً 90 روز طول کشیده است.
پرینت سه‌بعدی قلب
چاپ زیستی سه‌بعدی قلب در زمره نویدبخش‌ترین پروژه‌های پرینت سه‌بعدی اندام‌های بدن قرار دارد. قلب در واقع یکی از آسان‌ترین اندام‌ها برای بازآفرینی به شمار می‌رود، زیرا از هیچ واکنش پیچیده بیوشیمیایی استفاده نمی‌کند. بلکه عملکرد اصلی آن این است که به‌عنوان پمپ هیدرولیک Hydraulic Pump)) عمل کند.
مؤسسه پزشکی The Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM)، یک مؤسسه تحقیقاتی آمریکایی است که بر مهندسی بافت برای کاربردهای مختلف از جمله پیوند تمرکز دارد. در سال 2018، یک گروه تحقیقاتی از مؤسسه WFRIM مدعی شدند که با استفاده از سلول‌های موش موفق به چاپ سه‌بعدی بافت کاربردی قلب شده‌اند.
در سال 2019 محققان دانشکده زیست‌شناسی و بیوتکنولوژی سلول‌های مولکولی دانشگاه تل آویو Tel Aviv University’s School of Molecular Cell Biology and Biotechnology)) جهان را با اولین قلب کوچک ((Mini Heart انسانی چاپ سه‌بعدی کاملاً واسکولاریزه Fully-Vascularized)) مواجه ساخت. این اندام چاپ زیستی از سلول‌های انسانی گرفته شده از بیمار و ژل‌های حامل ساخته شده است. تیم TAU اکنون در تلاش است سلول‌های مربوط به قلب را به رشد کامل برساند و کاملاً کاربردی کند.
شرکت Biolife4D مستقر در شیکاگو نیز در سال 2019 به موفقیت مشابهی دست یافته و از چاپ زیستی قلب خبر داده است. با این وجود، این اقدام در مقایسه با آنچه که در دانشگاه تل آویو انجام شده، از نظر عملکردی بزرگتر و گسترده‌تر است. باتوجه به موفقیت‌های بسیار مهم در چند سال گذشته، متخصصان پیش‌بینی کردند که قلب چاپ زیستی آماده پیوند می‌تواند طی این دهه امکان پذیر گردد.
پرینت سه‌بعدی قرنیه
قرنیه لایه واضح و بیرونی چشم است. این قسمت برای کمک به تمرکز بینایی و محافظت از چشم در برابر محیط ضروری است. میلیون‌ها نفر در سراسر جهان به دلیل بیماری یا زخم از نابینایی قرنیه Corneal Blindness)) رنج می‌برند، که اغلب به پیوند قرنیه نیاز دارند.
در سال 2018 دانشمندان Newcastle University توانستند برای اولین‌بار قرنیه انسان را به صورت سه‌بعدی چاپ کنند. با ترکیب سلول‌های بنیادی با آلژینات و کلاژن، یک جوهر زیستی خاص ایجاد شد که می‌تواند در کمتر از 10 دقیقه به صورت دایره‌هایی خارج شده و به شکل قرنیه درآید. در حالی که پروژه دانشگاه نیوکاسل یک پروژه اثبات مفهوم بود، یک تیم تحقیقاتی از Marmara University در ترکیه قرنیه بالقوه مناسب برای پیوند ساخته‌اند. مقاله‌ای تحت عنوان «قرنیه مصنوعی چاپ سه‌بعدی برای پیوند استرومال قرنیه» در ژوئن سال 2020 منتشر شد و نویدبخش بسیاری است.
فرآیند چاپ به یک قالب آلومینیومی متکی است که در آنجا مواد مبتنی بر پلی وینیل الکل PVA)) توسط یک پرینتر زیستی سه‌بعدی مانند FDM انباشته می‌شوند. ماده جوهر زیستی در آزمایشات اولیه سازگاری زیادی را نشان داد و عملکرد نوری قرنیه از طریق میکروسکوپ الکترونی ویژه و اسپکتروفتومتری UV تأیید شد.
پرینت سه‌بعدی استخوان
استخوان‌ها اجزای اصلی ساختار بدن انسان هستند و استخوان‌های افراد می‌توانند در اثر حوادث یا بیماری‌ها بشکنند یا حتی به طور کامل از بین بروند. برای چنین مواردی، پیوند استخوان در مقایسه با ارتزهای مصنوعی Artificial Orthotics)) راه‌حل بهتری محسوب می‌شود، اما متأسفانه، مشکل کمبود اکثر اندام‌های مورد نیاز برای پیوند همواره وجود دارد.
حوزه ارتزهای پرینت سه‌بعدی بسیار گسترده است و شاید یکی از محبوب‌ترین کاربردهای "چاپ واقعی" از پرینت سه‌بعدی فلزی به حساب آید. در سال 2018، بیش از 100000 لگن مفصل ران نه تنها تولید شده بلکه در بیماران واقعی نیز پیوند زده شده است. این اندام که به اصطلاح Delta-TT cup نامیده می‌شود، در آلیاژهای تیتانیوم از طریق ذوب پرتوی الکترون (EBM)، در قالب یک روش ساخت افزایشی، تولید می‌شود.
برای چاپ زیستی استخوان، همه چیز کمی کندتر است. در حالی که در تکنیک‌های سنتی چاپ زیستی از سلول‌های انسانی به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود، چاپ زیستی استخوان معمولاً شامل ساخت داربست استخوانی است که بدن در نهایت بر روی آن استخوان می‌سازد. این همان کاری است که دانشمندان University of East Anglia در انگلیس با همکاری Animal Health Trust در سال 2019 انجام داده‌اند. شایان ذکر است که، برای این طرح داربست‌بندی استخوانScaffolding Project اسب‌ها زنده حوزه مورد مطالعه بوده‌اند.
در سال 2020، محققان دپارتمان مهندسی بیومکانیک Delft University of Technology هلند یافته‌های ارزشمندی را در زمینه چاپ سه‌بعدی داربست استخوانی با منیزیم خالص قابل تجزیه بیولوژیکی (زیست تخریب‌پذیر) نشان داده‌اند. این ماده برای داربست استخوان مناسب است زیرا دارای خواص مکانیکی مشابه استخوان طبیعی است و همچنین محرک ساخت آن محسوب می‌شود.
منبع: all3dp
