طابعة جديدة ثلاثية الأبعاد تنشئ أنسجة بيولوجية معقدة

طوّر العلماء طابعة ثلاثية الأبعاد متكيفة خصيصًا لبناء مواد بيولوجية علاجية من مواد متعددة، ويمكن أن تكون هذه التقنية خطوة نحو طباعة الأنسجة الاصطناعية المعقدة وفقًا للطلب، لاستخدامها في عمليات الزرعوالعمليات الجراحية الأخرى .

تم تطوير طابعة جديدة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أنسجة حيوية معقدة
طور فريق من العلماء من مدرسة سامويل للهندسة في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس، طابعة مصممة خصيصا لتكوين مواد بيولوجية علاجية من مواد متعددة، حيث يمكن أن يكون هذا التقدم خطوة نحو الطباعة حسب الطلب من الأنسجة الاصطناعية المعقدة، لاستخدامها في عمليات الزرع والعمليات الجراحية الأخرى .

وقد صرح علي خاديموسيني، الذي قاد الدراسة بالتعاون مع ليفي جيمس نايت الابن، أستاذ الهندسة في مدرسة السامويلي للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، بأن الأنسجة هي هياكل معقدة بشكل رائع، وبالتالي، يتطلب تصميم نسخ اصطناعية منها تعقيدا جديدا. وأكمل قائلا: “قدمنا طريقة جديدة لبناء بنى حيوية معقدة مصنوعة من مواد مختلفة.” تم نشر الدراسة في مجلة Advanced Material .

مدرسة سامويل للهندسة في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس
مدرسة هنري سامويل للهندسة (HSSoE) هي الوحدة الأكاديمية في جامعة كاليفورنيا إيرفين (UC Irvine) التي تتولى البحوث الأكاديمية والتعليم في تخصصات هندسة مختلفة. تأسست المدرسة عندما تم افتتاح الحرم الجامعي في عام 1965، وتتألف من خمسة أقسام، حيث يشارك كل قسم في البحث الأكاديمي في مجاله الخاص، بالإضافة إلى العديد من المجالات المتخصصة المتنوعة. تمنح المدرسة درجة البكالوريوس في العلوم والماجستير في العلوم ودرجة الدكتوراه في الفلسفة .

وفقا لنظام UC Irvine الأكاديمية تشمل مجالات البحث : تشمل المجالات التي يغطيها هذا القسم الهندسة الكيميائية الحيوية والمفاعلات الحيوية، هندسة الزلازل، موارد المياه، النقل، أنظمة الكمبيوتر المتوازية والموزعة، الأنظمة الذكية والشبكات العصبية، معالجة الصور والإشارات، الأجهزة والمواد الإلكترونية البصرية، أجهزة وأنظمة عالية التردد، وأنظمة دقيقة ومتناهية الصغر، وتكنولوجيا خلايا الوقود، وميكانيكا السوائل، والاحتراق، والدفع النفاث، ومعالجة المواد، والروبوتات، ونظرية التحكم الحديثة، والعميد الحالي لهذه المدرسة هو غريغوري واشنطن الذي شغل المنصب منذ 1 أغسطس 201 .

التقنية التي تستخدمها الطابعة الجديدة
تستخدم هذه التقنية عملية تسمى stereolithography وتعتمد على الضوء، وتستخدم طابعة ثلاثية الأبعاد مصممة خصيصا من قبل Khademhosseini. تحتوي هذه الطابعة على مكونين رئيسيين، الأول هو رقاقة ميكروفلويديك مصممة خصيصا، وهي منصة صغيرة مسطحة تشبه حجم شريحة الكمبيوتر وتحتوي على مداخل متعددة. يقوم كل مدخل بـ”طباعة” مادة مختلفة. أما المكون الآخر فهو ميكروميرور الرقمي، وهو مجموعة تحتوي على أكثر من مليون مرآة صغيرة تتحرك بشكل مستقر .

ما قام به الباحثون
استخدم الباحثون أنواعا مختلفة من الهلاميات المائية، وهي مواد تشكل بعد المرور عبر الطابعة، كسقالات للنسيج، وتقوم الموجات الدقيقة بتوجيه الضوء إلى سطح الطباعة، وتشير المناطق المضيئة إلى مخطط الكائن الثلاثي الأبعاد الذي تتم طباعته، والضوء أيضا يؤدي إلى تكوين روابط جزيئية في المواد، مما يؤدي إلى تثبيت المواد الهلامية في المواد الصلبة، وعند طباعة الكائن الثلاثي الأبعاد، يقوم مصفوفة المرآة بتغيير نمط الضوء للإشارة إلى شكل كل طبقة جديدة .

هذه العملية هي الأولى التي تستخدم مواد متعددة في التلخيص الأوتوماتيكي بواسطة الطباعة الحجرية المجسمة. تم تقدمها على الطباعة الحيوية المجسمة التقليدية التي تستخدم نوعا واحدا من المواد فقط. استخدم جهاز العرض أربعة أنواع من الأحبار الحيوية. وأشار مؤلفو الدراسة إلى أن هذه العملية يمكن أن تستوعب أكبر قدر ممكن من الأحبار بحسب الحاجة. بدأ الباحثون بصنع أشكال بسيطة مثل الأهرامات، ثم قاموا بإنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تمثل أجزاء من الأنسجة العضلية والأنسجة الضامة العضلية. كما قاموا بطباعة أشكال تشبه أورام الشبكة الدموية، ويمكن استخدامها كنماذج بيولوجية لدراسة السرطان. تم اختبار الهياكل المطبوعة عن طريق زراعتها في جرذان، ولم يتم رفض الهياكل .