کاربرد چاپ زیستی یا Bioprinting در پزشکی
چاپ زیستی به عنوان یکی از نوآوریهای عظیم در صنعت چاپ، انقلابی در علم پزشکی به وجود آورده است. تا چندی پیش تصور تولید ساختارهای بیولوژیکی با کمک یک دستگاه پرینتر، عملاً یک رویا بود. اما امروزه دستگاههای بایوپرینتر به ما اجازه میدهند تا شاهد پیشرفتی چشمگیر در حوزه پزشکی باشیم.
چاپ زیستی چیست؟
پرینت زیستی در واقع فرایندی است که با ترکیبی از مواد زیستی مانند سلولهای زنده و مواد دیگر، ساختارهای مصنوعی را ایجاد میکند. این پرینترها از تکنولوژی چاپ سه بعدی بهرهمند هستند و بافتهای زنده را از طریق چاپ 3D سلولها، تولید میکنند.
نحوه عملکرد پرینتر زیستی
چاپ زیستی سه بعدی، ساختارهای بیولوژیکی را تولید میکند. عملکرد پرینترهای زیستی تقریباً مشابه با پرینترهای سه بعدی معمولی است. با این تفاوت که بایوپرینترها، از مواد زیستی استفاده میکنند و سلولهای زنده را در محیطی کنترل شده قرار میدهند.
در این پرینترها مواد اولیه با کمک سیستم توزیع رباتیک، بر روی سطح قرار گرفته و در نتیجه این کار، ساختاری لایهلایه به وجود میآید که مشابه با بافتهای طبیعی بدن است.
جوهر زیستی چیست؟
بایو پرینتینگ با کمک جوهرهای زیستی، فرایند تولید بافتهای زنده را انجام میدهد. در واقع جوهر زیستی (Bioink)، متشکل از مواد زیستی مانند سلولهای زنده، هیدروژلها، مواد مغذی، کلاژن، ژلاتین، آلژینات، هیالورونان و… است. هدف از ساخت این مدل از جوهر، تولید ترکیبهایی از بافت بدن است که تا حد امکان، ساختار و عملکردی مشابه با بافت واقعی داشته باشد.
جوهر زیستی را میتوان براساس نیازهای خاص هر نوع بافتی که مدنظر دارید، تنظیم نمایید. برای مثال، جوهری که برای چاپ بافت غضروف استفاده میشود، متفاوت از جوهری است که برای چاپ پوست یا اندامهای کوچک به کار میرود.
مراحل چاپ زیستی سه بعدی
فناوری چاپ زیستی سه بعدی از 3 مرحله اصلی تشکیل شده است. در ادامه هر یک را به ترتیب توضیح میدهیم.
آمادهسازی مدل دیجیتالی برای پرینت
در مرحله اول، ابتدا مدل دیجیتالی از ساختار مد نظر توسط نرمافزارها طراحی میشود. این اتفاق در پرینتر زیستی، با کمک توموگرافی کامپیوتری (CT) و تصویربرداری رزوناس مغناطیسی (MRI) انجام میشود. در نهایت، یک فایل پرینت سه بعدی در اختیار خواهید داشت که در مرحله بعدی مورد استفاده قرار میگیرد.
فرایند پرینت و تولید مدل سه بعدی
مرحله دوم، شامل انتقال فایل پرینت سه بعدی به دستگاه بایوپرینتر است. در نتیجه این اتفاق، مواد اولیه یا همان جوهر زیستی، به صورت لایه به لایه فرایند ساخت مدل را انجام میدهد.
اقدامات بعد از پرینت مدل
بعد از اتمام فرایند چاپ، مدل در حالت نسبتاً سستی قرار دارد. پس از اینکه مواد چاپ شده، خواص مکانیکی و شیمیایی خود را حفظ کردند، ساختار تثبیت میشود. حال باید منتظر رشد ساختار و تکثیر سلولهای چاپ شده باشیم تا تکامل به درستی انجام شود.
کاربرد چاپ زیستی در پزشکی
امروزه پزشکان از چاپ سه بعدی زیستی برای ساخت و یا شبیهسازی لایه به لایه بافتهای بدن و برخی از اندامهای کوچک بهره میبرند. با کمک این دستگاهها میتوانیم شاهد پیشرفت چشمگیری در تحقیقات پزشکی باشیم.
در حال حاضر عمدهترین کاربرد بایوپرینترها در پزشکی شامل تولید بافتهای انسانی برای انجام آزمایشات دارویی است. با این حال انتظار داریم تا در آیندهای نه چندان دور، چاپ اندامهای قابل پیوند نیز به کاربردهای پرینترهای زیستی افزوده گردد.
روشهای پرینت زیستی
بایو پرینتر براساس نوع عملکردی که دارد، در چند دسته زیر تقسیمبندی میشود. هر یک از این مدلها کارکرد خاصی دارند که درباره هر کدام توضیحاتی را به شما ارائه میدهیم.
پرینتر زیستی اکستروژنی
مدلهای اکستروژنی (Extrusion Bioprinters)، دارای نازلهایی هستند که جوهر زیستی را با فشار کنترل شدهای خارج میکنند. در واقع این مدل از پرینترهای زیستی، عملکردی کاملاً مشابه با پرینترهای سه بعدی دیگر دارد؛ تفاوت مشهود، تنها در استفاده از جوهر زیستی به جای مواد پلاستیکی است. میتوان از بایوپرینتر اکستروژنی برای ساخت بافتهای غضروفی و استخوانی که حجیمتر هستند، بهره برد.
بایوپرینتر جوهرافشانی
دقت و سرعت پرینتر زیستی جوهر افشانی قابل توجه است. چرا که با استفاده از فشار هوا یا حرارت، قطرههای بسیار کوچکی از جوهر زیستی را برای ساخت مدل مورد نظر، به کار میگیرد. به همین دلیل، این مدل برای چاپ ساختارهای میکروسکوپی با دقت بالا مناسب است. بایوپرینتر جوهر افشان برای ساخت لایههای نازک از بافت و تولید محیطهای کشت سلولی کاربرد دارد.
بایوپرینترهای لیزری
پرینترهای زیستی لیزری به قدری دقیق هستند که از آنها برای انجام کارهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی استفاده میشود. در این مدل ابتدا یک لایه نازک از مواد اولیه بر روی بستر قرار میگیرد.
سپس پالسهای لیزر از قسمت پشتی، بر روی این لایه میتابند. به این ترتیب، قطرات جوهر زیستی به سطح زیرین منتقل میگردند. از این دستگاه برای چاپ سلولهای زنده برای استفاده و تحقیق در آزمایشگاهها بهره میبرند.
زیست پرینتر استریولیتوگرافی
عملکرد پرینتر زیستی استریولیتوگرافی (Stereolithography Bioprinters) مبتنی بر نور است. در این فناوری با کمک نور فرابنفش یا نور لیزر، جوهر زیستی به صورت لایه به لایه قرار میگیرد. این دستگاه برای تولید ساختارهای کوچک با جزئیات دقیق کاربرد دارد؛ از این رو برای تولید ساختارهای زیستی پیچیده مانند شبکههای عروقی استفاده میشود.
بایوپرینترهای قطره افشانی
پرینتر زیستی قطرهافشانی (Microvalve Bioprinters)، قطرات جوهر زیستی را با استفاده از دریچههای میکرو و به صورت کنترل شده بر روی سطح چاپی قرار میدهد. از این رو میتوان تعداد و اندازه قطرات جوهر را به طور دقیق کنترل کرد.
نتیجهگیری
هدف از ساخت محصولات با کمک پرینترهای زیستی، شبیهسازی عملکرد بافتها و اندامهای بدن انسان است. در حال حاضر اگر چه صنعت پرینترهای زیستی با پیشرفتهای زیادی همراه بوده، اما هنوز نمیتوانیم انتظار ساخت یک اندام جدید را از این دستگاهها داشته باشیم.
با این حال در میان انواعی از ماشین های اداری خانه پرینتر، میتوانید پرینترهای سه بعدی بسیار باکیفیتی را با بهترین قیمت خریداری نمایید. خانه پرینتر با ارائه محصولات اورجینال و وارداتی با مناسبترین قیمت و گارانتی معتبر، افتخار محبوبیت در میان کاربران را دارد. از این رو میتوانید با خیالی راحت، خرید انواع پرینتر و دیگر ماشینهای اداری را از این سایت انجام دهید.
سوالات متداول
بایو پرینتر یا پرینتر سه بعدی زیستی چیه؟
بایوپرینتر نوعی از پرینترهای سه بعدی پیشرفته است که برای چاپهای زیستی استفاده میشود. این پرینتر از جوهرهای زیستی که حاوی سلولهای زنده و یا مواد مغذی هستند، برای چاپ به صورت لایه به لایه بهره میبرد. ابتدا فایل پرینت سه بعدی که شامل مدل دیجیتالی است به پرینتر ارسال میشود. سپس پرینتر با کمک جوهر زیستی، مدل را به طور لایهای تشکیل میدهد.
جوهر زیستی یعنی چی؟
جوهر زیستی در واقع همان مواد زیستی است که به عنوان جایگزینی برای مواد پلاستیکی، در بایوپرینترها استفاده میشود. این جوهر معمولاً ترکیبی از سلولهای زنده و مواد مغذی است. کیفیت و ترکیب جوهر زیستی به طور مستقیم بر نتیجه نهایی و عملکرد بافت چاپ شده تأثیر میگذارد؛ از این رو انتخاب درست آن از اهمیت به سزایی برخوردار است.
کاربرد چاپ زیستی در پزشکی چیه؟
در حال حاضر چاپ زیستی سه بعدی، برای آزمایش داروهای جدید و مواردی از این قبیل کاربرد دارد. چرا که به محققان اجازه میدهد تا با توجه به هدفی که دارند، ترکیب و ساختار دقیق بافت مد نظرشان را بسازند. با این وجود، میتوانیم انتظار داشته باشیم که در آینده این دستگاه بتواند ساخت اندامهای مصنوعی برای پیوند را تسهیل کند.
