پزشکی؛ آن‌سوی مرزهای ناممکن

فناوری تولید افزوده که به آن چاپ سه‌بعدی نیز گفته می‌شود و اولین ابزارهای آن اوایل دهه 1360/1980 ظهورکردند، عبارت است از روند ساخت اجسام جامد سه‌بعدی از یک فایل دیجیتال که در آن یک شیء سه‌بعدی با استفاده از روندهای افزودنی ایجاد می‌شود.

از میان انواع فناوری‌های چاپ سه‌بعدی، چاپ زیستی اصطلاح مفهومی‌تری است که به فناوری خاصی محدود نمی‌شود.

شاید کلمه چاپ کمی گمراه‌کننده باشد، زیرا چاپگرهای سه‌بعدی چیزی را چاپ نمی‌کنند، بلکه ـ‌ با دقتی رو به افزایش ـ در عین این که سلول‌ها را به گونه‌ای هم‌راستا و لایه‌لایه قرار می‌دهند که بهترین ارتباط میان سلول‌های مجاور ایجاد شود، با استفاده از یک ترکیب ساختاری، تشکیل یک سیستم پیچیده را امکان‌پذیر می‌کنند. بنابراین تعریف دقیق‌تری که می‌توان برای این فناوری ارائه کرد، الگوبرداری سلولی است.

مراحل کار چاپگرهای زیستی سه‌بعدی

قبل از چاپ سه‌بعدی یک بافت یا اندام، محقق باید انواع مورد نیاز سلول‌ها را پرورش دهد. قبل از کشف سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، اگر محققی قصد تکثیر نوع خاصی از سلول‌ها را داشت، پزشک باید نوع سلول مورد نظر را از محل خاصی در داخل اندام یا بافت خارج می‌کرد.

از آنجا که بافت‌ها از انواع سلول‌های متعدد تشکیل شده‌اند، استخراج و نگهداری انواع مختلف سلول‌ها نیازمند بیوپسی یا بافت‌برداری بود.

خوشبختانه در حال حاضر دیگر نیازی به این کار نیست و سلول‌های بنیادی پرتوان القایی می‌توانند از پوست بیمار جدا و به انواع مختلف سلول‌ها تبدیل شوند. سلول‌های مختلف ایجاد شده به کارتریج‌های جداگانه در چاپگرهای زیستی اضافه می‌شوند.

سلول‌ها الگوبرداری شده در فضایی سه‌بعدی به صورت لایه‌لایه قرار می‌گیرند. پس از هم‌راستا شدن سلول‌ها در یک فضای دوبعدی یا سه‌بعدی، این ساختار چند لایه در یک رآکتور زیستی قرار گرفته و مانند شکل‌گیری ریشه‌های یک درخت، میان لایه‌های مختلف آن ارتباطات بین سلولی شکل می‌گیرد. تشکیل و ایجاد رگ‌ها نیز در این مرحله به طور طبیعی آغاز می‌شود.

بافت‌های بسیار پیچیده‌ای مانند کلیه‌ها، کبد و قلب علاوه بر این که از انواع بسیار مختلفی از سلول‌ها تشکیل شده‌اند، اجزای دیگری نیز دارند که ساختار خاصی به این اندام‌ها داده و امکان عملکرد کارآمد را برای آنها فراهم می‌آورند.

برای این که اندام‌های تولیدشده با فناوری چاپ سه‌بعدی هم از نظر نحوه آرایش و هم از نظر کار زیستی، عملکرد درستی داشته باشند باید از آنچه به طور طبیعی اتفاق می‌افتد، الگو برداری کنند.

تکنیک‌های جدیدی که در آخرین پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه این فناوری ارائه شده و چاپ سه‌بعدی سلول و دیگر مواد زیستی را به بخشی از یک روند واحد تولید تبدیل می‌کند، گام مهمی به سوی چاپ ساختارهای زنده پیچیده به شمار می‌آید اما تنها پیوند عضو، مهم‌ترین نتیجه حاصل از این فرآیند نیست.

شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد چاپ سه‌بعدی در زمینه ساخت دارو نیز فناوری مفیدی است و می‌تواند از میزان آزمایش‌هایی که روی حیوانات انجام می‌شود کاسته و شیوه‌های جدید امن‌تر و سریع‌تری ارائه کند.

مواد و شرایط لازم برای چاپ

چاپ سه‌بعدی زیستی نیازمند شرایط خاصی است که از جمله آنها شرایط استریل است تا از آلوده‌شدن نمونه‌های چاپ شده جلوگیری شود. دما و رطوبت نیز باید به اندازه‌ای باشد که سلول‌ها در آن امکان زیست داشته باشند.

همچنین مواد پلاستیکی که به طور سنتی در چاپ سه‌بعدی به کار گرفته می‌شدند در چاپ زیستی نمی‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند زیرا این مواد به دمای بالا و حلال‌های سمی نیاز دارند.

خوشبختانه محققان سراسر جهان درحال ساخت موادی هستند که می‌توانند در یک چاپگر سه‌بعدی به کار گرفته شوند و در عین حال کمترین آسیب را به سلول‌ها وارد کنند.

هر نوع از انواع سلولی که بافت‌های مختلف ساختمان بدن انسان را تشکیل می‌دهند به محیط مکانیکی منحصربه‌فردی نیازدارند. همچنین هریک از انواع این سلول‌ها برای عملکرد طبیعی نیازمند پشتیبانی‌های ساختاری خاصی هستند.

برای مثال استخوان، ماده‌ای مقاوم و شکننده است. ماهیچه‌های قلب از ماده‌ای سخت و ارتجاعی تشکیل شده است و اندام‌های داخلی مانند کبد نرم و تراکم‌پذیر هستند. محققان بتازگی نشان داده‌اند مواد جدیدی که از جلبک دریایی به دست می‌آید، می‌تواند در چاپ سه‌بعدی سلول‌های بنیادی انسان در محیط‌های مجزا و بدون آسیب رسیدن به سلول‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.

امیدواری برای ساخت اعضای پیوندی

درحال حاضر بیمارانی که نیاز به پیوند دارند باید منتظر بمانند عضو مورد نظر (از اهدا کنندگان زنده یا فوت شده) برای آنها فراهم شود. پس از پیوند عضو نیز این بیماران باید در بخش زیادی از باقیمانده عمرشان از داروهای سرکوبگر سیستم ایمنی استفاده کنند. این داروها عوارض جانبی دارند و هزینه‌های هنگفتی به سیستم بهداشت و سلامت تحمیل می‌کنند.

با توسعه روش چاپ سه‌بعدی بافت‌های زیستی برای پیوند عضو، این امیدواری وجود دارد که راه‌حل تازه‌ای برای هزاران بیماری که در فهرست دریافت عضو پیوندی قرار دارند، پیدا شود. با این حال کارشناسان می‌گویند مراحل چاپ یک اندام کامل به شکل غیرقابل تصوری پیچیده است و به هفته‌ها زمان نیازدارد؛ زمانی که ممکن است برای بیمار اهمیت زیادی داشته باشد.

همچنین درحالی که برای بافت‌های نسبتا ساده مانند پوست، فناوری چاپ سه‌بعدی پیشرفت نسبتا خوبی داشته است، اما مرحله بعدی این فناوری به اتصال اعصاب، رگ‌های خونی و عروق لنفاوی و ادغام آنها با سیستم میزبان نیاز دارد تا یک اندام کامل قابل پیوند مانند کلیه، شش یا کبد ایجاد شود.

سلول‌های چاپ‌ شده

با به کارگیری شیوه‌های کنونی برای وارد شدن یک دارو به بازار، چیزی حدود 2.5 میلیارد دلار (حدود 9625 میلیارد تومان) هزینه می‌شود و مراحل کار از آغاز تا پایان تقریبا به بیش از 10 سال زمان نیاز دارد حتی اگر شما موفق به معرفی یک داروی جدید شوید احتمال تایید شدن دارو از نظر قانونی پایین است. در سال 2016 فقط ده دارو مورد تایید قرار گرفتند.

در کارآزمایی بالینی (Clinical trial که یکی از انواع مطالعات پزشکی که کاربرد مهم آن مطالعه اثرات داروها و شیوه‌های درمانی جدید روی جمعیت‌های انسانی است) احتمال وارد شدن دارو به بازار، 10 تا 15 درصد است و بسته به نوع مولکول مورد آزمایش، ممکن است با بیماری یا مرگ فرد مشارکت کننده همراه باشد.

از آنجا که فیزیولوژی انسان با حیوانات متفاوت است، این داروها با آن که نتایج امیدوارکننده‌ای درمورد حیوانات دارند اساسا به علت کارایی ضعیف درمورد انسان‌ها مورد تایید قرار نمی‌گیرند؛ زیرا موش و دیگر موجودات آزمایشگاهی از جنبه‌های کلیدی با انسان تفاوت دارند.

مــدل‌های سه‌بعــدی پیچیده‌تری که با فناوری چاپ سه‌بعدی ایجاد می‌شوند ابعادی از کبد، کلیه‌ها و ماهیچه‌های قلب را که برای آزمایش و شناسایی مولکول‌های دارویی جدید مناسب هستند،باز تولید می‌کنند.

آنچه اتفاق می‌افتد این است که سلول‌های یک بیمار استخراج شده و در آزمایشگاه کشت می‌شوند. یک بافت نمونه، چاپ سه‌بعدی شده و مولکول‌های جدید می‌توانند روی این نمونه آزمایش شوند و برای کل افراد جامعه مورد استفاده قرار بگیرند.

مترجم: یاسمین مشرف

جام‌جم