گام نوین در تولید اندام‌های قابل پیوند با حسگرهای نوری
محققان موفق به طراحی حسگری شده‌اند که با بهره‌گیری از نور، قادر است سطح مواد مغذی را اندازه‌گیری کند. این حسگر می‌تواند به تشخیص سلامت سلول‌ها نیز کمک کند. این فناوری نوین می‌تواند در بهبود روش‌های...
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی برای ایجاد ساختارهای پیچیده از مواد زیست‌سازگار که قابلیت حاوی سلول‌های زنده را دارند، می‌تواند تحولی در عرصه پزشکی ایجاد کند. این فرآیند که به عنوان زیست‌چاپ سه‌بعدی (۳D bioprinting) شناخته می‌شود، در حوزه‌های مهندسی بافت، ایمپلنت‌های پزشکی و جراحی ترمیمی پیشرفت‌های قابل توجهی داشته و در نهایت ممکن است امکان تولید اندام‌های انسانی قابل پیوند را فراهم آورد. با این حال، پژوهشگران با وجود این پیشرفت‌ها، هنوز روش‌های محدودی برای بررسی دقیق سلامت ساختارهای تولیدی دارند. هرچه مهندسان بافت به سمت ساختارهای بزرگ‌تر و پیچیده‌تر، مانند اندام‌های کاملاً قابل پیوند، پیش می‌روند، این چالش جدی‌تر می‌شود.
به گفته «وقاص سلیم»، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها این است که پژوهشگران بتوانند سلامت سلول‌هایی را که در حال پرورش هستند، تحت نظر داشته باشند. فناوری‌های موجود برای اندازه‌گیری این وضعیت بسیار محدود هستند و روش‌های پایش لحظه‌ای معمولاً بزرگ، تهاجمی و دست‌وپاگیرند؛ به‌طوری که برای اندازه‌گیری سطح متابولیت‌ها ممکن است نیاز به نفوذ به ساختار بافتی و آسیب به آن باشد. سلیم به همراه مایکل مک شین و سایر پژوهشگران، راه‌حلی برای این مشکل ارائه کرده‌اند. آنها روشی را توسعه داده‌اند که در آن ذرات میکروسکوپی حسگر به طور مستقیم درون ماده‌ای که قرار است چاپ شود، قرار می‌گیرند.
این حسگرها به پژوهشگران این امکان را می‌دهند که با استفاده از نور، سطح مواد مغذی را اندازه‌گیری کرده و از روی این اطلاعات، سلامت سلول‌ها را تشخیص دهند. به گفته مک شین، حسگرها دقیقاً در محلی قرار می‌گیرند که قرار است اطلاعات از آنجا دریافت شود. بنابراین نیازی به نمونه‌برداری فیزیکی یا نفوذ به بافت وجود ندارد. نور می‌تواند به ماده تابیده شود و حتی در مورد ایمپلنت‌هایی که زیر پوست قرار دارند، نور می‌تواند از پوست عبور کند و امکان پایش غیرتهاجمی وضعیت داخل ایمپلنت یا بافت را فراهم آورد.
ذرات حسگر از نوع فسفرسان (phosphorescent) هستند، به این معنا که نور را جذب کرده و سپس نور ساطع می‌کنند، مشابه موادی که در تاریکی می‌درخشند. هنگامی که این ذرات در معرض نور یک LED قرمز ارزان‌قیمت قرار می‌گیرند، نور را جذب کرده و سپس نور دیگری از خود منتشر می‌کنند. ویژگی‌های این نور خروجی تحت تأثیر محیط اطراف حسگر قرار می‌گیرد. کل این فرآیند تنها چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد، بنابراین برای چشم انسان بسیار سریع است، اما تجهیزات نوری می‌توانند از این تغییرات اطلاعات زیادی استخراج کنند. نکته مهم این است که نحوه انتشار نور توسط این ذرات به میزان اکسیژن حساس است. با تغییر میزان اکسیژن، ویژگی‌های نور ساطع‌شده نیز تغییر می‌کند.
پژوهشگران ذرات حسگر را با آنزیم‌هایی ترکیب می‌کنند که هنگام واکنش با مواد مغذی خاص، اکسیژن مصرف می‌کنند. به این ترتیب، با اندازه‌گیری تغییرات اکسیژن می‌توان میزان مواد مهم دیگری مانند گلوکز، لاکتات و اکسیژن را سنجید. بنابراین تنها با یک تابش کوتاه نور می‌توان اطلاعات شیمیایی را به صورت آنی به دست آورد، بدون اینکه نیازی به آسیب به بافت باشد. برای استفاده از این فناوری، کافی است پژوهشگران ذرات حسگر را پیش از فرآیند چاپ با ماده مورد نظر مخلوط کنند. ساختار حاصل سپس می‌تواند با تجهیزات نوری مورد اندازه‌گیری قرار گیرد.
این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه است، اما کاربردهای احتمالی آن بسیار گسترده هستند. برای افرادی که به بیماری‌های مزمنی مانند دیابت یا نارسایی کلیه مبتلا هستند و نیازمند رصد مداوم هستند، در آینده ممکن است بتوان با یک تزریق، حسگری کوچک‌تر از دانه برنج را درست زیر پوست قرار داد. در چنین حالتی ممکن است نیاز به آزمایش مداوم خون کاهش یابد. همچنین در بیمارانی که پس از پیوند عضو یا جراحی سرطان در حال بهبودی هستند، این حسگرها می‌توانند به پزشکان اجازه دهند سلامت بافت آسیب‌دیده را به‌صورت فوری و پیوسته و از طریق تحلیل شیمیایی بررسی کنند، بدون اینکه نیاز به انجام نمونه‌برداری دردناک باشد. این فناوری در بلندمدت نیز حتی ممکن است به تولید اندام‌های قابل پیوند کمک کند.