ساخت اولین کبد مصنوعی دنیا با استفاده از چاپگر سه بعدی
به گزارش وبلاگ امین مرقی، محققان برزیلی با استفاده از چاپگرهای سه بعدی در محیط آزمایشگاهی پیروز به فراوری بافت کبدی در 90 روز شده اند که بیشتر عملکردهای معمول کبد مانند ذخیره ویتامین ها، فراوری پروتئین های حیاتی و ترشح صفرا را شبیه سازی می نماید.
مطالعه نو فناوری های مختلف مهندسی زیستی نظیر برنامه ریزی مجدد سلول و کشت سلول های بنیادی پرتوان و چاپ زیستی سه بعدی را باهم ترکیب می نماید. به علت این استراتژی، بافت فراوریشده از طریق چاپگر زیستی عملکردهای کبد را به مدت طولانی تری درمقایسه با آنچه در مطالعات دیگر گزارش شده، حفظ می نماید. نتایج این پژوهش به تازگی در مجله Biofabrication منتشر شده است. مایانا زاتز، یکی از نویسندگان مقاله مذکور می گوید:
هنوز مراحل زیادی تا رسیدن به ارگان کامل مانده است؛ ولی در راستا بسیار امیدبخشی قرار داریم. در آینده بسیار نزدیک، به جای انتظارکشیدن برای دریافت عضو پیوندی، شاید بتوان سلول های بیمار را گرفت و آن ها در آزمایشگاه برای ایجاد کبد نو مجددا برنامه ریزی کرد. مزیت مهم دیگر آن است با توجه به اینکه سلول ها از فرد بیمار می آیند، امکان رد پیوند صفر است.
بخش ابتکاری این مطالعه، نحوه گنجاندن سلول ها در جوهر زیستی استفاده شده برای فراوری بافت در چاپگر سه بعدی بود که به جای چاپ کردن سلول ها به صورت انفرادی، از روشی استفاده شد که سلول ها قبل از چاپ به شکل گروهی درکنار هم قرار گیرند. ارنستو گولارت، نویسنده نخست مقاله می گوید:
این توده های سلولی یا اسفروئیدها همان چیزی هستند که بافت را تشکیل می دهند و عملکرد آن را به مدت طولانی تری حفظ می نمایند.
پژوهشگران مطالعه نو از این طریق از مسئله ای اجتناب کردند که پژوهشگران دیگر در بیشتر فناوری های چاپ زیستی با آن روبرو می شدند؛ یعنی از دست دادن تدریجی تماس میان سلول ها و درنتیجه از دست رفتن عملکرد بافت. تشکیل اسفروئید در این مطالعه در فرایند تمایز رخ داد؛ یعنی زمانی که سلول های پرتوان به سلول های بافت کبدی تبدیل می شدند (هپاتوسیت ها و سلول های عروقی و سلول های مزانشیمی). گولارت می گوید:
ما فرایند تمایز را با سلول هایی شروع کردیم که قبلا درکنار هم به شکل گروهی قرار گرفته بودند. آن ها همراه با هم زدن در محیط کشت قرار داده و گروه ها به طور خود به خود تشکیل شدند.
یک کبد در 90 روزبه گفته پژوهشگران، کل این فرایند، یعنی از جمع آوری خون بیمار تا فراوری بافت عملکردی، حدود 90 روز طول می کشد که می تواند به سه مرحله تقسیم گردد:
تمایز و چاپ و بلوغ. در ابتدا، سلول های خونی برای بازگشت به مرحله پرتوانی سلول های بنیادی مجددا برنامه ریزی می شوند و به سلول های بنیادی پرتوان القاشده (iPSCs) تبدیل می شوند. شینیا یاماناکا، دانشمند چینی، به خاطر توسعه این تکنیک جایزه نوبل پزشکی سال 2012 را دریافت کرد. مرحله بعدی القای تمایز در سلول های کبدی است. سپس اسفروئیدها با جوهر زیستی ترکیب و چاپ می شوند که مایع هیدروژل مانندی است. ساختارهای حاصل 18 روز در محیط کشت می مانند و بالغ می شوند. گولارت می گوید:
فرایند چاپ مستلزم رسوب اسفروئیدها در امتداد سه محور است که برای حجم گرفتن مواد و حمایت مناسب از بافت لازم است. جوهر زیستیِ ژل مانند اتصالات عرضی را ایجاد می نماید تا ساختار محکم تر گردد و آن را بتوان حتی دست کاری و بخیه کرد.
در بیشتر روش های فعلی چاپ بافت های سه بعدی، از غوطه وری و پراکنش سلول ها در هیدروژل استفاده می گردد؛ اگرچه آزمایش ها نشان داده اند که در این روش به تدریج تماس بین سلول ها و نیز عملکرد بافت از دست می رود. گولارت می گوید:
این فرایند نسبتا آسیب پذیری برای سلول ها است که برای عادت کردن به محیط و کسب عملکرد احتیاج به زمان دارند. در این مرحله، آن ها هنوز بافت نیستند و به شکل پراکنده وجود دارند؛ اما همان طورکه در مطالعه ما نشان داده شده است، در حال حاضر از قدرت پاک کردن سموم از خون و فراوری و ترشح آلبومین، پروتئین فراوری شده از طریق کبد برخوردارند.
در این مطالعه، پژوهشگران با استفاده از سلول های خونی سه داوطلب، مینی کبدهایی توسعه دادند و نشانگرهای مرتبط با کارایی مانند حفظ تماس سلولی و فراوری و آزادکردن پروتئین را مقایسه کردند. گولارت می گوید:
اسفروئیدهای ما بسیار بهتر از ساختارهایی کار می کردند که از انتشار انفرادی سلول ها حاصل می گردد. همان طورکه انتظار می رفت، در جریان بلوغ، نشانگرهای عملکرد کبدی کاهش پیدا نکرد.
اگرچه مطالعه نو به فراوری کبدهای مینیاتوری محدود بود، به گفته گولارت، این فناوری می تواند در آینده برای فراوری ارگان های کامل تر و مناسب برای پیوند به کار برده گردد. او می گوید:
ما این کار را در مقیاس کوچکی انجام دادیم؛ ولی درصورت وجود سرمایه و علاقه افزایش مقیاس آن کار ساده ای است.
منبع: سایت زومیت
منبع: راسخون