اولین تراشهی قلب سه بعدی کامل ساخته شد
مجله علمی ایلیاد - مهندسین دانشگاه هاروارد، برای اولین بار تراشهی عضوی از بدن را به طور کامل با حسگرهای ترکیبی بهصورت چاپ سه بعدی ساختهاند. با استفاده از یک رویهی ساخت دیجیتال و کاملاً اتوماتیک، تراشهی قلب چاپ شده به صورت سه بعدی را میتوان به سرعت با مشخصات دلخواه ساخت تا به کمک آن، محققین بتوانند اطلاعات قابل اتکایی برای مطالعات کوتاهمدت و طولانیمدت بهدست آورند.
این روش جدید بهنام «سیستمهای میکروفیزیولوژی» شناخته میشود و ساخت آن ممکن است در آینده به محققین اجازه دهد تا به سرعت اعضای بدن را روی یک تراشه، طوری طراحی کنند که با مشخصات بیماریهای خاص و یا حتی سلولهای یک بیمار خاص، تطابق داشته باشد. این تحقیق در مجلهی Nature Materials چاپ شده است.
«جان اولریک لیند»، نویسندهی اول مقاله و دانشجوی فوق دکتری دانشکدهی مهندسی و علوم کاربردی جان پولسون دانشگاه هاروارد و محقق مؤسسهی وایز میگوید: «این روشِ قابل برنامهریزی برای ساخت تراشه اعضای بدن، نه تنها به ما اجازه میدهد که به راحتی طراحی سیستم را با حسگرهای ترکیبی تغییر دهیم و شخصی کنیم، بلکه به شدت اکتساب دادهها را برای ما آسان میکند.»
تراشهی اعضای بدن در واقع عملکرد و ساختار بافت اصلی را تقلید میکند و میتوان آن را بهعنوان جایگزین خوبی به جای انجام آزمایش روی حیوانات در نظر گرفت. به هر حال، ساخت و جمعآوری داده از تراشهی اعضای بدن کار بسیار پرهزینه و پرزحمتی است. در حال حاضر این تراشهها در اتاقهای تمیز با استفاده از فرآیند پیچیدهی چند مرحلهای ساخته میشوند و جمعآوری دادهها نیز نیازمند دوربینهای پرسرعت و میکروسکوپ است.
«تراویس بازبی»، همکار این پروژه و فارغالتحصیل آزمایشگاه جنیفر لوئیز و هنسجورگ وایز، پروفسور مهندسی بیولوژی از مؤسسهی وایز میگویند: «روش ما حل همزمان این دو چالش از طریق ساختن تراشه به صورت دیجیتال است. با توسعهی جوهرهای قابل چاپ برای چاپگرهای سه بعدی چند مادهای، با افزایش پیچیدگی دستگاه، ما توانستیم فرآیند ساخت را به صورت اوماتیک درآوریم.»
محققین شش جوهر متفاوت توسعه دادهاند که حسگرهای تنش صاف را در معماری بافت با یکدیگر ترکیب کرده است. گروه محققین در رویهای یکسان و مداوم، مواد تهیه شده را در دستگاه میکروفیزیولوژی قلبی با سنسورهای ترکیبی چاپ میکنند و با این روش تراشهی قلب ساخته میشود.
لوئیز میگوید: «ما مرزهای چاپ سه بعدی را با توسعه و ترکیب مواد چند عملکردی در دستگاه چاپ شده، جابهجا کردهایم. این مطالعه با قدرت نشان میدهد که چگونه ساختار طرح ما میتواند تراشههای با عملکردهای واقعی را برای غربالگری داروها و مدلسازی بیماریها بسازد.»
این تراشه دارای چندین سوراخ است که هر کدام بافت جداگانهای با حسگرهای ترکیبی درون خود دارد و به محققین اجازه میدهد تا در یک زمان بافتهای متعدد مهندسی شدهی قلب را مورد مطالعه قرار دهند. گروه محققین برای اینکه کارایی دستگاه را بررسی کنند، مطالعات داروها و مطالعات طولانیمدت تغییرات تدریجی انقباض بافتهای مهندسی شدهی قلب را که ممکن است طی چند هفته به طول بیانجامد را انجام میدهند.
لیند میگوید: «محققین معمولاً کار در شرایط ابهامانگیز را، وقتی که کار به تغییرات تدریجی که حین توسعهی بافت قلب رخ میدهد، ترک میکنند؛ چرا که آنجا راه آسان و غیرتهاجمی برای اندازهگیری عملکرد بافت وجود ندارد. این حسگرهای ترکیبی به محققین اجازه میدهد تا اطلاعات را بهطور مداوم و زمانی که بافت بالغ شده است و وضعیت انقباض آنها بهبود یافته است، جمعآوری کنند. به صورت مشابه محققین قادر خواهند بود تأثیرات تدریجیِ در معرض شدید سموم قرار گرفتن بافت را نیز بررسی کنند.»
«کیت پارکر»، پروفسور مهندسی و فیزیک کاربردی در SEAS و همکار این مطالعه که عضو دانشکدهی قلب مؤسسهی وایز نیز است، میگوید: «تبدیل دستگاه میکروفیزیولوژی به پلتفرمهای با ارزشِ واقعی، برای مطالعهی سلامتی و بیماریهای انسان، نیازمند حل دو چالش «کسب داده» و همچنین «ساخت خود دستگاه» است. مطالعهی ما راهحلهای جدید بالقوهای برای هر دوی این چالشهای اصلی ارائه کرده است.»
نوشته: لیا باروز
ترجمه: امید محمدی - مجله علمی ایلیاد