طراحی و ساخت جوهر ویژه زیستی برپایه مواد طبیعی بدن برای چاپ زیستی سه‌بعدی
به گزارش خبرنگار پژوهندگان عصر،پژوهشگران دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران در دو پژوهش منتشرشده در نشریات علمی بسیار معتبر، پس از طراحی و ساخت تجهیزات ویژه چاپ زیستی برپایه DLP/DMD و طراحی فرآیندی برای سنتز و ارزیابی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما)، موفق به توسعه یک جوهر ویژه زیستی حساس به نور مرئی مبتنی بر مواد طبیعی بدن شدند؛ دستاوردی که می‌تواند گامی مؤثر در توسعه فناوری‌های مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی باشد.
یکی از چالش‌های مهم در حوزه چاپ زیستی سه‌بعدی و مهندسی بافت، توسعه جوهرهای زیستی ایمن، زیست‌سازگار و قابل استفاده برای ساخت بافت‌های زنده است. در همین راستا، پژوهشی مشترک توسط دکتر محسن حامدی و رامیار حسین‌زاده در دانشگاه تهران انجام شد که نتایج آن در قالب دو مقاله علمی در مجلات بین‌المللی منتشر شده است.
این پژوهش با هدف توسعه جوهرهای زیستی مبتنی بر مواد طبیعی موجود در بدن انسان انجام شد تا ضمن حفظ زیست‌سازگاری، امکان استفاده از آن‌ها در کاربردهای پزشکی ترمیمی و مهندسی بافت فراهم شود.
در گام نخست، پژوهشگران به تولید و مشخصه‌یابی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما) پرداختند؛ زیست‌ماده‌ای که امروزه یکی از پرکاربردترین مواد مورد استفاده در چاپ زیستی سه‌بعدی به شمار می‌رود. ژلاتین ماده‌ای مشتق‌شده از کلاژن است و کلاژن نیز فراوان‌ترین پروتئین ساختاری بدن انسان بوده و بخش عمده‌ای از ماتریکس خارج‌سلولی بسیاری از بافت‌ها را تشکیل می‌دهد.
در این مطالعه، فرآیند متاکریلاسیون ژلاتین و اتصال گروه‌های متاکریلات به ساختار پروتئینی ژلاتین مورد بررسی قرار گرفت. همچنین روش‌هایی برای کمّی‌سازی میزان متاکریلاسیون و تعیین دقیق درجه اصلاح شیمیایی ژلاتین توسعه داده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که کنترل و اندازه‌گیری دقیق درجه متاکریلاسیون نقش مهمی در تنظیم خواص مکانیکی، میزان اتصال عرضی، پایداری ساختاری و عملکرد زیستی هیدروژل‌های حاصل دارد و می‌تواند به استانداردسازی تولید ژلما در تحقیقات مهندسی بافت کمک کند.
در ادامه و با بهره‌گیری از نتایج حاصل از این مرحله، پژوهشگران در گام دوم به توسعه یک جوهر زیستی حساس به نور مرئی پرداختند. در این سامانه، ژلاتین متاکریلوئیل به عنوان ماده پایه و ریبوفلاوین (ویتامین B2) به عنوان آغازگر نوری مورد استفاده قرار گرفت. ریبوفلاوین یکی از ویتامین‌های طبیعی موجود در بدن انسان است که قابلیت فعال شدن توسط نور آبی در طول موج حدود ۴۵۰ نانومتر را دارد.
استفاده از نور مرئی به جای تابش فرابنفش، یکی از مزیت‌های اصلی این پژوهش محسوب می‌شود؛ زیرا می‌تواند خطر آسیب به سلول‌ها و بافت‌های زنده را کاهش دهد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که سامانه توسعه‌یافته قادر است هیدروژل‌هایی با خواص مکانیکی مناسب، قابلیت چاپ‌پذیری مطلوب و زیست‌سازگاری بالا تولید کند.
حامدی درباره اهمیت این پژوهش گفت: یکی از اهداف اصلی این مطالعات، توسعه سامانه‌هایی برای چاپ زیستی بود که تا حد امکان از مواد طبیعی و زیست‌سازگار بهره ببرند و خطرات روش متداول استفاده از نور فرابنفش را کاهش دهند. ژلاتین مشتق‌شده از کلاژن و ریبوفلاوین به عنوان یک ویتامین طبیعی و قابل چاپ با نور مرئی، امکان طراحی جوهرهای زیستی ایمن‌تر و کاهش آسیب غشایی سلولی برای کاربردهای مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی را فراهم می‌کند.
مهندس حسین‌زاده، پژوهشگر این طرح نیز اظهار کرد: این تحقیقات از مرحله سنتز و کمی‌سازی ژلما آغاز شد و در ادامه به توسعه جوهر زیستی حساس به نور مرئی انجامید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که می‌توان با استفاده از مواد طبیعی موجود در بدن، سامانه‌هایی با عملکرد مناسب برای چاپ زیستی و بازسازی بافت طراحی کرد که ظرفیت بالایی برای توسعه در کاربردهای پزشکی آینده دارند.
پژوهشگران معتقدند این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز توسعه نسل جدیدی از داربست‌های زیستی و سازه‌های چاپ‌شده سه‌بعدی برای بازسازی بافت‌هایی نظیر استخوان، غضروف، پوست و سایر بافت‌های آسیب‌دیده باشد.