عمل حثيث لإعادة إنتاج أعضاء بشرية بطباعة ثلاثية الأبعاد

توفر عمليات زرع الأعضاء البشرية شريان حياة حاسمًا للأشخاص الذين يعانون من أمراض خطيرة؛ في الولايات المتحدة وحدها هناك أكثر من 112000 شخص ينتظرون حاليًا عمليات الزرع. الوعود بأجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد هو أحد الحلول الممكنة لمعالجة هذا النقص، لكنه محفوف بالتعقيد والحواجز التقنية، مما يحد من نوع الأعضاء التي يمكن طباعتها. لذا يقوم الباحثون بمعهد «ستيفنز» للتكنولوجيا الآن برفع هذه الحواجز من خلال الاستفادة من تقنية عمرها عقود لإعادة إنتاج أي نوع من الأنسجة، وذلك حسبما نشر موقع «ميديكال إكسبريس» الطبي المتخصص.
وحسب الموقع، يمكن ان يفتح العمل الجديد - الذي هو بقيادة الدكتور روبرت تشانغ الأستاذ المساعد بقسم الهندسة الميكانيكية بمدرسة «شيفر» للهندسة والعلوم التابعة لـ«ستيفنز»- مسارات للطباعة ثلاثية الأبعاد لأي نوع من الأعضاء في أي وقت، حتى الجلد مباشرة على الجرح المفتوح.
وفي هذا الاطار، قال روبرت تشانغ، الذي ظهر عمله في عدد أبريل من مجلة «ساينتفيك ريبورتس» «إن إنشاء أعضاء جديدة لانقاذ الأرواح دون الحاجة إلى متبرع بشري سيكون مفيدًا للغاية... ومع ذلك، فإن الوصول إلى هذا الهدف أمر صعب لأن طباعة الأعضاء باستخدام (الأحبار الحيوية - الهلاميات المائية المحملة بالخلايا المستنبتة) يتطلب درجة من التحكم الدقيق في هندسة وحجم الألياف الدقيقة المطبوعة التي لا تستطيع الطابعات ثلاثية الأبعاد الحالية تحقيقها».
ويأمل تشانغ وفريقه، بما في ذلك أحمد رضا زايري المؤلف الأول والمرشح للدكتوراه بمختبر تشانغ، في تغيير ذلك من خلال التتبع السريع لعملية طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة تستخدم الموائع الدقيقة (المعالجة الدقيقة للسوائل من خلال قنوات صغيرة) للعمل في مساحة أصغر بكثير على نطاق أكبر مما كان ممكناً.
ولتوضيح الامر أكثر قال زايري «يهدف المنشور الأخير إلى تحسين إمكانية التحكم والتنبؤ بهيكل الأنسجة الدقيقة المصنّعة والألياف الدقيقة التي يتم تمكينها بواسطة تقنية الطباعة الحيوية للموائع الدقيقة... معظم الطابعات الحيوية ثلاثية الأبعاد الحالية تعتمد على البثق، وتدفق الحبر الحيوي من فوهة لإنشاء هياكل حوالى 200 ميكرون ( حوالى عُشر عرض خيط من السباغيتي). يمكن للطابعة القائمة على الموائع الدقيقة طباعة كائنات بيولوجية يتم قياسها بترتيب عشرات الميكرومترات، على قدم المساواة مع المقياس الخلوي الفردي».
بدروه، يبين تشانغ ان «المقياس مهم للغاية لأنه يؤثر على بيولوجيا العضو... نحن نعمل على مستوى الخلايا البشرية، وهذا يتيح لنا طباعة الهياكل التي تحاكي السمات البيولوجية التي نحاول تكرارها».
وإلى جانب العمل على نطاق أصغر، تتيح تقنية الموائع الدقيقة أيضًا استخدام العديد من الأحبار الحيوية؛ كل منها يحتوي على خلايا مختلفة وسلائف أنسجة، بالتبادل داخل بنية مطبوعة واحدة، بالطريقة نفسها التي تجمع بها الطابعة التقليدية الأحبار الملونة في صورة واحدة حية. هذا مهم لأنه في حين أن الباحثين قاموا بالفعل بإنشاء أعضاء بسيطة مثل المثانة من خلال تشجيع الأنسجة على النمو على سقالات مطبوعة ثلاثية الأبعاد، فإن الأعضاء الأكثر تعقيدًا مثل الكبد والكلى تتطلب العديد من أنواع الخلايا المختلفة ليتم دمجها بدقة، حسبما يؤكد تشانغ؛ الذي يقول «القدرة على العمل على هذا النطاق، مع خلط الأحبار الحيوية بدقة، تجعل من الممكن لنا إعادة إنتاج أي نوع من الأنسجة».
جدير بالذكر، يتطلب تصغير الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد بحثًا شاقًا لمعرفة كيفية تأثير معلمات العملية المختلفة مثل هياكل القناة وسرعة التدفق وديناميكيات السوائل على الأشكال الهندسية وخصائص المواد للهياكل البيولوجية المطبوعة. ولتبسيط هذه العملية، أنشأ فريق تشانغ نموذجًا حسابيًا لرأس طباعة موائع جزيئية، مما يمكنه من تعديل الإعدادات والتنبؤ بالنتائج دون الحاجة إلى تجربة شاقة في العالم الحقيقي.
وفي هذا يقول زايري «يعمل نموذجنا الحسابي على تطوير عملية استخلاص معادلة يمكن استخدامها للتنبؤ بالمعلمات الهندسية المختلفة للهياكل المصنعة المنبثقة من قنوات الموائع الدقيقة»؛ فقد تنبأت النماذج الحسابية للفريق بدقة بنتائج تجارب الموائع الدقيقة في العالم الحقيقي، فيما يستخدم تشانغ نموذجه لتوجيه التجارب حول الطرق التي يمكن أن تتنوع بها الهياكل البيولوجية ذات الأشكال الهندسية المختلفة.