خیلی وقته که پرینت سه بعدی بهعنوان یه راه نوآورانه توی طراحی و تولید شناخته شده. این فناوری باعث شده که توی زمینههایی مثل مهندسی و تولید، پیشرفتهای زیادی حاصل بشه. اما در حالی که تو این صنعتها، پرینت سه بعدی انقلاب به پا کرده، توی حوزه بیوتکنولوژی (زیستفناوری) هنوز خیلی ابتداییه. یعنی، فقط یه بخش کوچیکی از قابلیتهاش استفاده شده.
موسسه استیونز از فناوری چاپ Raise3D برای راهحلی واقعا خلاقانه در تقاطع پرینت سه بعدی و بیوتکنولوژی استفاده کرد.
اما خب، این وضعیت داره عوض میشه. محققها تو حوزه علوم پزشکی دارن با سرعت خیلی زیادی روشهای خلاقانهای رو توسعه میدن که میتونن از قابلیتهای پرینت سه بعدی برای تحقیقات و آزمایش روی مواد زنده استفاده کنن. یکی از این پروژهها توی مؤسسه فناوری استیونز در نیوجرسی انجام شده که رالف زیگب، دانشجوی دکتری مهندسی زیستی، با کمک تکنولوژی پرینتر سه بعدی Raise3D یه راهحل خلاقانه برای ترکیب پرینت سه بعدی با بیوتکنولوژی پیدا کرده.
چالشها
تیم آزمایشگاه مؤسسه استیونز دنبال یه راهی بود که هم سرعت و انعطافپذیری پرینت سه بعدی رو حفظ کنه و هم بتونه با مواد زیستی حساس کار کنه. چون پرینترهای سه بعدی معمولی فقط از مواد مصنوعی مثل فیلامنت ها و رزینها استفاده میکنن. هدف این بود که نه فقط مدلهای خیلی دقیق و پیچیدهای بسازن، بلکه این کار رو با استفاده از بافتهای زنده انجام بدن.
پرینت سه بعدی یک چاپگر زیستی سه بعدی!
برای این که بتونن بافت زنده چاپ کنن، زیگب و تیمش باید یه چاپگر زیستی درست میکردن که هنوز اصلاً ساخته نشده بود! اولین قدمشون این بود که با استفاده از یه پرینتر سه بعدی معمولی، یه پرینتر سه بعدی جدید برای چاپ بافت زنده بسازن.
زیگب میگه:
“ما داریم چاپگرهای زیستی ارزان قیمت درست میکنیم که بتونن با چند نوع مواد مختلف کار کنن.”
اون از تجربههای قبلیش تو پرینت سه بعدی (که حتی چاپ شکلات رو هم شامل میشد!) استفاده کرد و یه سر اکستروژن مخصوص طراحی کرد که کاملاً با قطعات چاپشده تو Raise3D Pro3 ساخته شده بود. این سر اکستروژن وقتی با تجهیزات پیشرفته آزمایشگاهی ترکیب شد، تونست مواد مختلف از جمله بافت زنده رو بهصورت همزمان چاپ کنه.
یک سر اکستروژن سفارشی که تماماً از قطعات پرینت سه بعدی در Raise3D Pro3 ساخته شده است.
زیگب میگه:
“چاپگر ما این توانایی رو داره که توی یه فرآیند، بافتهایی با چندین نوع سلول مختلف چاپ کنه.”
این قابلیت میتونه تحقیقات تو زمینه مهندسی بافت رو کاملاً متحول کنه، چون دیگه نیازی نیست برای هر نوع سلول یه دستگاه جداگانه داشته باشیم.
تأثیرات و کاربردهای چاپ زیستی
تیم مؤسسه استیونز با همکاری پزشکها و بیمارستانها سعی کردن تحقیقاتشون رو به کاربردهای واقعی و عملی تبدیل کنن. مثلاً، با یه بیمارستان دانشگاهی همکاری کردن تا بیماریهای جفت رو با ساخت مدلهای مینیاتوری از جفت و آزمایش داروهای مختلف روی این مدلها بررسی کنن.
زیگب در مورد اهمیت همکاری با پزشکان میگه: “ما با بیمارستانها و دکترها کار میکنیم تا راهحلهایی رو که دقیقاً برای مشکلاتشون طراحی شده، ارائه بدیم.” این همکاری باعث میشه که تحقیقاتشون کاملاً در راستای نیازهای واقعی پزشکی باشه و به جای آزمایشهای آزمایشگاهی، مستقیماً به درد بیماران بخوره.
علاوه بر چاپ زیستی، مؤسسه استیونز داره روشهای دیگهای مثل نوشتن با الکتروذوب رو هم بررسی میکنه. این رویکرد چندرشتهای بهشون این امکان رو میده که توی زمینههای مختلفی مثل مهندسی بافت و پزشکی بازساختی کار کنن، که میتونه توی علوم پزشکی تأثیرات گستردهای داشته باشه. زیگب میگه:
“هدف نهایی ما اینه که بتونیم بافتها و اندامهایی که مناسب برای پیوند هستن، چاپ کنیم.”
تیم موسسه استیونز با متخصصان پزشکی و بیمارستان ها همکاری کرد تا تحقیقات خود را به کاربردهای عملی تبدیل کند
غلبه بر چالشهای فنی و مالی با پرینت سه بعدی
زیگب درباره مشکلات فنی که تیمش باهاشون مواجه بود، میگه: “تا وقتی که از Raise3D Pro3 استفاده نکردیم، نمیتونستیم قطعات کاربردی بسازیم. همیشه مشکلاتی مثل تاب برداشتن و عدم دقت بالا داشتیم.” اما استفاده از این چاپگر باعث شد که حرکات نرم و کنترل دقیقش این مشکلات رو حل کنه.
با این که بودجهشون خیلی محدود بود، تیم مؤسسه استیونز تونست نهایت استفاده رو از منابعش ببره. زیگب میگه: “ما با یه چاپگر ساده Raise3D Pro3 شروع کردیم و تا الان این چاپگر برای ما عالی کار کرده.” تمرکز تیم روی خلاقیت و استفاده بهینه از تجهیزات باعث شد که حتی با وجود بودجه محدود، به نتایج فوقالعادهای برسن.
بخش های کاربردی قطعات پرینت سه بعدی در Raise3D Pro3.
تشویق به نوآوری در آینده
آزمایشگاه زیگب به اشتراکگذاری دانش در زمینه تولید افزایشی زیستی کمک میکنه و با سازمانهایی مثل ASME همکاری میکنه تا تحقیقاتشون رو به جامعه علمی بزرگتر ارائه بدن. زیگب که خودش از راهاندازی یه کسب و کار پرینت سه بعدی به سمت پژوهشهای دکتری در مهندسی زیستی رفته، میخواد الهامبخش نسل بعدی محققان باشه. او میگه: “ما میخواهیم نسل جدید مهندسان و دانشمندان رو تشویق کنیم که محدودیتها رو کنار بزنن و چیزهای جدیدی کشف کنن.”
نگاه به آینده
تلاشهای مؤسسه استیونز در ساخت راهحلهای سفارشی برای چاپ زیستی به پیشرفت تحقیقات توی زمینه مهندسی بافت کمک زیادی کرده و این امید رو به وجود آورده که در آینده نزدیک، این فناوری به حل مشکلات پزشکی واقعی هم کمک کنه. با ادامه همکاریها و نوآوریها، این نوع برنامههای خلاقانه میتونن سهم بزرگی در پزشکی بازساختی و بیوتکنولوژی داشته باشن.
الهام زگیب به محققان مشتاق.
زیگب که به اتمام دوره دکترای خودش نزدیک میشه، با هیجان منتظر کشفهای جدید در زمینه مهندسی بافت و پزشکی بازساختی هست. او میگه:
“هنوز کلی چیز برای کشف و نوآوری تو این حوزه وجود داره.”
