پرينت سه‌بعدي اعضاي بدن: رويايي كه ديگر دست‌نيافتني نيست!

 در صورتي كه بتوان چنين پرينترهايي را به توليد انبوه رساند، مي‌توان جان شمار بسياري از انسان‌ها را نجات داد. اگر بشر بتواند رنگ واقعيت به چنين ايده‌اي ببخشد و آن را در گستره‌ي وسيعي به اجرا گذارد، ديگري نيازي به ايجاد صف‌هاي الويت به منظور دريافت اعضاي بدن نيست.

براي مثال فقط در كشور ايالات متحده‌ي آمريكا 78,837 بيمار در انتظار دريافت اعضاي پيوندي بدن هستند، در حالي كه تنها 3,407 نفر از ماه ژانويه قادر به دريافت اعضاي بدن مدانديشه متخصصين خود بوده‌اند. بهره‌گيري از پرينترهاي سه‌بعدي وجود صف‌هاي انتظار براي دريافت اعضاي پيوندي را با تاريخ پيوند خواهند داد. همچنين اين امر منجر به از بين رفتن جُرم‌هايي مانند قاچاق انسان يا قاچاق اعضاي بدن خواهد شد. اما توليد اعضاي بدن انسان‌ها با چالش‌هاي فراواني روبرو است و پيچيدگي بالايي دارد.

براي سال‌هاي متمادي است كه دانشمندان درصدد ايجاد اعضاي بدن انسان‌ها در محيط‌هاي آزمايشگاهي هستند، اما در انتهاي دهه‌ي ۹۰ ميلادي بود كه با معرفي فناوري پرينت بيولوژيك پيشرفت‌هايي در اين زمينه حاصل شد. اين فناوري ماحصل تلاش‌هاي دانشمندان در انستيتوي Wake Forest بوده كه با استفاده از آن موفق به پرينت سه‌بعدي بلوك‌هاي مصنوعي سلولي شدند كه آن‌ها را قادر به پرينت مثانه انسان مي‌كرد، اما اين گروه هيچگاه مثانه‌ي انسان را به طور مصنوعي پرينت نكردند. در ابتداي سال 2000 ميلادي، توماس‌بليدر،  مهندس بيولوژي دانشگاه كلِمسون، كار خود را براي بهينه‌سازي پرينتر‌هاي جوهرافشان به‌منظور استفاده از جوهر بيولوژيك و ساخت اعضاي سه‌بعدي آغاز كرد.

 در سال 2007 ميلادي يكي از اولين كمپاني‌هاي فعال در زمينه‌ي پرينت بيولوژيك با نام Organovo آغاز به‌كار كرد. در ابتداي كار اين كمپاني شروع به توليد بافت‌هاي شُش انسان كرد كه براي تست داروها و تحقيقات در آزمايشگاه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گرفت. يكي از اهداف اين كمپاني توليد شُش‌هاي مصنوعي از طريق پرينت سه‌بعدي است. اين روزها تحقق اين انديشه متخصصينيه به واقعيت نزديك‌تر شده است، اما همچنان فاصله‌ با توليد تجاري اعضاي بدن انسان‌ها زياد است.

 هر چند پرينت سه‌بعدي يك قطعه يا ابزار پلاستيكي از انديشه متخصصين پيچيدگي بسيار ساده‌تر از پيچيدگي توليد اعضاي بدن انسان است، اما در صورت كلي، پرينت سه‌بعدي داراي ساز و كار مشخصي است كه براي تمام ابزار‌ها صادق است. پرينتر‌هاي سه‌بعدي داراي كارتريج‌ها يا مخازني براي ذخير‌ه‌ي جوهر از انواع مختلف و در مورد توليد اعضاي بدن، جوهر‌هاي بيولوژيك هستند، كه با استفاده از سوزن‌هاي موجود روي پلتفرم يا محل پرينت، براساس الگوي مشخص شده، شروع به پرينت اعضاي بدن مورد انديشه متخصصين مي‌نمايند. اما پرينت اعضاي بدن داراي تفاوت‌هايي است كه در ادامه به آن‌ها اشاره مي‌كنيم.

• هرچند بسياري از اعضاي بدن از انديشه متخصصين ساختار به‌هم شبيه هستند، اما براي اينكه پزشكان يك عضو را از طريق پرينت سه‌بعدي براي بيماري خاص توليد نمايند، بايد عضو معيوب را از طريق گرفتن تصاوير سي‌تي اسكن و همچنين MRI به‌طور دقيق به‌زير ذره‌بين ببرند. تصاوير حاصل بايد با استفاده از نرم‌افزار‌هاي توسعه داده شده مورد تحليل و مطالعه قرار گيرد تا نقشه‌ي سلولي عضو مورد انديشه متخصصين و تقسيم‌بندي سلول‌ها در هر لايه بطور مشخص، معلوم شده و در نقشه‌ي پرينت بطور دقيق قيد شود.
• به جاي استفاده از پلاستيك يا فلز به‌عنوان ماده‌ي اصلي پرينت، پرينتر سه‌بعدي اعضاي بدن انسان از سلول‌هاي انساني بسته به نوع عضوي كه پرينت خواهد شد، مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه اين سلول‌ها با موادي براي نگاه‌داشتن سلول‌هاي در كنار يكديگر همراه مي‌شود. در كنار استفاده از سلول‌هاي مختص به عضو مورد انديشه متخصصين، مي‌توان از سلول‌هاي بنيادي نيز استفاده كرد كه قابليت تبديل شدن به ساير سلول‌هاي مورد انديشه متخصصين را داشته و بدن انسان نيز مي‌تواند چنين سلول‌هاي را پذيرايي نمايد. همچنين ساير موادي كه بدن انسان تعامل خوبي با آن برقرار كرده و اشكالي را از انديشه متخصصين سلامتي براي انسان پديدار نمي كند نيز مي‌توانند در پرينت سه‌بعدي مورد استفاده قرار گيرند. براي مثال مي‌توان به استفاده از يك فك تيتانيومي در يك زن 83 ساله و استفاده از يك استخوان ران پلاستيكي در يك مرد كه با استفاده از پرينت سه‌بعدي توليد شده اشاره كرد.
• پس از پايان يافتن پروسه‌ي پرينت سه‌بعدي، نوبت به قرار گرفتن عضو پرينت شده در انكوباتور (ابزاري آزمايشگاهي است كه براي كشت و رشد دادن نمونه‌هاي زنده مانند سلول‌ها و ميكروب‌ها به‌كار مي‌رود) مي‌رسد كه براي فعال‌سازي سلول‌ها مورد استفاده قرار گرفته و منجر به آغاز كار عضو مورد انديشه متخصصين مي‌شود.

مرحله‌ي آخر، اصلي‌ترين و در واقع پيچيده‌ترين مرحله است كه شايد بتوان آن را عامل اصلي تجاري نشدن توليد اعضاي بدن از طريق پرينت سه‌بعدي دانست.

براساس انديشه متخصصينيات آنتوني‌بيلد، كه اولين تلاش‌ها براي توليد بافت‌هاي مصنوعي مثانه را در Wake Forest به انجام رسانده، توليد اعضاي بدن انسان متشكل از چندين مساله‌ي اصلي است كه پيچيدگي پرينت سه‌بعدي اعضاي بدن را بالا برده است. اصلي‌ترين مساله در اين ميان، يافتن موادي است كه بتوان با استفاده از آن اعضاي بدن را پرينت كرده و خارج از محيط بدن رشد داد. همچنين نمي‌توان عضوي از بدن را با استفاده از مواد مناسب توليد كرده و براحتي در دورن بدن بگذاريم. همانطور كه گفتيم، اعضاي بدن پيچيدگي بالايي دارند و نمي‌توان با كنار هم قرار دادن چندين سلول در شكل يك عضو، آن را درون بدن جا گذاشته و آماده براي استفاده انگاريم.

هود ليپسون، يكي از مهندسان بيولوژيك Cornell در اين مورد چنين اظهار انديشه متخصصين مي‌كند:

مي‌توان سلول‌هاي انسان را در شكل يكي از اعضاي بدن در كنار هم قرار داد، اما كليد استارت كجا است تا با فشار دادن آن، عضو پرينت شده آغاز به كار كند؟ معجزه‌ي مورد انديشه متخصصين پس از پرينت كردن عضو بايد به‌وقوع بپيوندد.

ليپسون همچنين به اين نكته نيز اشاره مي‌كند كه هنوز نرم‌افزاري دقيق و قدرتمند براي دريافت كوچكترين حزئيات روي اعضاي بدن انسان وجود ندارد.

وجود اين اشكالات به‌معناي پايان كار و عدم وجود راهي براي حل اشكال نيست، بلكه شماري از متخصصان موفق به ساخت نمونه‌هايي از رگ‌هاي خوني با استفاده از پليمرهاي مولكولي براساس مواد قندي شده‌اند. تلاش‌هاي ديگري نيز توسط محققان فرانهوفر و همچنين محققان دانشگاه هاروارد انجام شده است كه در مورد آخر، دانشمندان موفق به پرينت اعضاي بدن با مجراهايي به‌منظور عبور خون وهمچنين مواد  مغذي شده‌اند.

تا‌كنون شماري از فعاليت‌هاي نيمه‌موفق در زمينه‌ي توليد و ايجاد اعضاي بدن از طريق پرينت سه‌بعدي انجام شده است كه علت نيمه موفق بودن آن‌ها عدم بكارگيري نمونه‌هاي توليد شده در محيط واقعي است. همچنين برخي از اين نمونه‌ها نيز حياتي چند روزه داشته‌اند. براي مثال مي‌توان به شش توليد شده توسط كمپاني Organovo اشاره كرد كه تنها حياتي ۴۰ روزه داشته، در حالي كه تيمي از محققان دانشگاه Louisville موفق به توليد نمونه‌‌اي متخصصدي از دريچه‌هاي قلب و رگ‌هاي كوچك شده‌اند كه اميدوارند تا از آن‌ها در نمونه‌هاي پرينت شده‌ي قلب خود استفاده كنند. همچنين نبايد گوش ساخته شده توسط مهندسان بيولوژي Cornell را از ياد برد كه قادر است به‌خوبي به انجام وظيفه بپردازد.

براساس آمار ارائه شده، حدود 90 درصد از افرادي كه در انتظار دريافت اعظاي پيوندي هستند، به كليه نياز دارند. تيمي از محققان چيني موفق به ساخت كليه‌اي با استفاده از پرينت سه‌بعدي شده‌اند كه قادر است تنها چند ماه به حيات ادامه دهد. همانطور كه در ويدئوي زير مشاهده مي‌كنيد، Atala كه يكي از متخصصين در زمينه‌ي پرينت سه‌بعدي است، نمونه‌اي از كليه‌ي توليد شده با استفاده از پرينت‌ سه‌بعدي را به حضار نشان مي‌دهد. در طول اين نشست، ان جراح به تشريح نقش فناوري در آينده‌ي پزشكي پرداخته است. وي از اسكنرهايي سخن به ميان آورده كه مي‌توانند جراحات وارده به بدن انسان را اسكن كرده و پروسه‌ي پرينت عضو معيوب را مستقيماً در داخل بدن بيمار آغاز مي‌كنند.

 لينك دانلود ويدئو

انديشه متخصصين شما در مورد پرينت سه‌بعدي چيست؟ آيا اين فناوري نيز همچون ساير فناوري‌هايي كه انسان به آن دست يافته، متخصصدهاي منفي را در پي خواهد داشت؟ آيا پرينت سه‌بعدي اعضاي بدن انسان مي‌تواند پاياني بر بيماري‌هاي صعب‌العلاج و معلوليت‌ها در انسان‌ها باشد؟