با این حال، این فناوری همچنان محدودیت‌های قابل توجهی دارد. برای ایجاد این ارگان‌ها، مهندسان علوم زیستی نیاز به ساختارمصنوعی چاپ سه‌بعدی دارند که ساختار ارگان‌ها را تقلید می‌کند و سپس با سلول‌ها پر می‌شوند. تاکنون، فقط مواد نسبتا سفت سه‌ بعدی چاپ شده اند، اما برخی از اندام‌های بدن مانند مغز و ریه‌ها ساختار بسیار نرمی دارند.

امید می‌رود چاپ سه‌بعدی به پزشکان اجازه ‌دهد تا بتوانند ارگان‌های مناسب برای بیماران با استفاده از سلول‌های خود بیمار تولید کنند، که این می‌تواند کمبود شدید ارگان‌های موجود در افرادی را که نیاز به پیوند دارند، کاهش دهد.

"ژنگچو تان"(ZhengchuTan) پژوهشگر بخش مهندسی مکانیک در کالج سلطنتی لندن و نویسنده اصلی مقاله اخیر گفت: انواع ساختارهای بیولوژیکی که قبلا چاپ شده‌اند، چیزهایی مانند استخوان یا اندام‌های سخت‌تر مانند کبد و کلیه بوده‌اند.

تان درمصاحبه با "لایو ساینس"( Live Science) افزود: ما از یک ماده بسیار نرم که یک هیدروژل ترکیبی است استفاده کردیم و بافت‌های نرم تر مشابه مغز و احتمالا ریه را نیز چاپ کردیم.

وی گفت: اما مشکل چاپ سه‌بعدی مواد بسیار نرم این است که در طول روند چاپ لایه‌های زیرین هنگام اضافه شدن لایه‌های بالایی تمایل به سقوط دارند.

در واقع، روند چاپ سه‌بعدی شامل ساخت یک جسم لایه به لایه است، به این معنی که لایه‌های پایین باید بتوانند از وزن ساختار درحال رشد حمایت کنند.

برای حل این مشکل محققان دمای همه چیز راکاهش دادند.

ژنگچو تان گفت: ما از فرایند چاپ "سرما شناسی"(cryogenic) استفاده می‌کنیم؛ بدین معنی که لایه قبلی یخ زده است. انجماد باعث می‌شود لایه بسیار جامد و پایدار باشد تا لایه بعدی بتواند در بالای آن چاپ شود و جسم سه‌بعدی روی لایه‌های زیرین سقوط نکند.

وی افزود: پس از تکمیل فرایند چاپ، مهندسین می‌توانند جسم را به آرامی گرم کنند و جسم شکل خود را حفظ می‌کند.

به منظور چاپ سه‌بعدی ساختار مصنوعی محققان از یک هیدروژل ترکیبی جدید که شامل دو جزء متشکل از الکل پلی وینیل که یک پلیمر مصنوعی محلول در آب و یک ماده ژل مانند به نام "فیتاژل" Phytagel)) است، استفاده کردند. ساختار حاصل از آن با کلاژن پوشش داده شد و سپس آن را با سلول‌های انسانی پرکردند. با این حال، برای اهداف آزمایش، محققان از ساختار مصنوعی سلول‌های پوستی به جای سلول‌های مغزی استفاده کردند تا مغز انسان را تقلید کنند.

تاکنون، محققان قادر به ایجاد نمونه‌های کوچک از بافت مشابه مغز و نه کل مغز شده‌اند و تنها 11 بخش از بدن در آزمایشگاه رشد داده شده اند.

"آنتونیو اِلیا فورته"(Antonio Elia Forte) نویسنده ارشد مطالعات، دانشیار پژوهشی دانشکده مهندسی علوم زیستی کالج سلطنتی لندن گفت: اگر شما سعی در چاپ سه بعدی کل مغز با یک دستگاه پرینتر سه بعدی استاندارد در دسترس را داشته باشید، این کار بسیار چالش برانگیز است.

فورته در مصاحبه با "لایوساینس"(Live Science) افزود: وقتی با یک ساختار پیچیده مواجه می‌شوید هرچه با مواد نرم‌تر کار می‌کنید خطر فرو ریختن هندسه آن ساختار بیشتر می‌شود.

وی گفت: محققان با تکنیک کنونی "سرما شناسی" مواد را از طریق صفحه چاپگر سه‌بعدی خنک می‌کنند. این بدان معنی است که قبل از چاپ تمام ابعاد شی، لایه‌ها از صفحه حذف می‌شوند و تمام اثر سرما شناسی از بین می‌رود. در آینده، محققان می‌توانند با استفاده از محفظه‌ای که کل جسم را خنک نگه می‌دارد، این تکنیک را متحول کنند.

وی در ادامه افزود: با این حال، تکنیک جدید "سرما شناسی"(cryogenic) یک قدم به سمت جلو است. در حال حاضر ما در نهایت قادر به چاپ مواد بسیار نرم هستیم، که این دستاورد قبلا به دست نیامده بود. محققان در حال تلاش برای بهبود این تکنیک برای چاپ اشیای بزرگتر هستند. مهندسان علوم زیستی احتمالا هنوز هم از ساخت اندام‌های پیچیده انسان مانند مغز و ریه‌ها با استفاده از چاپ سه‌بعدی چند دهه دور هستند. با این وجود، روش فعلی می‌تواند به محققان در مورد چگونگی رفتار بافت مغز یا ریه تحت شرایط مختلف - مثلا در موقعیت‌های ضربه مانند آسیب‌های مغزی کمک کند.

این مطالعه درمجله "ساینتیفیک ریپورتس"(Scientific Reports) در ماه نوامبر سال 2017 منتشرشده و برای اولین بار در سایت "لایوساینس"(Live Science) منتشر شد.

منبع: ایسنا