جوهر زیستی نوین با استفاده از مواد طبیعی بدن برای چاپ سه‌بعدی ایجاد شد
پژوهشگران دانشگاه تهران موفق به تولید جوهر زیستی جدیدی شدند که به نور مرئی حساس است. این جوهر بر پایه مواد طبیعی بدن ساخته شده و می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در علوم پزشکی و فناوری‌های نوین داشته...
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، محققان دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران در دو تحقیق که در نشریات علمی معتبر منتشر شده است، با طراحی و ساخت تجهیزات خاص چاپ زیستی بر پایه DLP/DMD و ایجاد روشی برای سنتز و ارزیابی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما)، موفق به توسعه یک جوهر زیست‌حساس به نور مرئی از مواد طبیعی بدن شدند. این سیستم می‌تواند به عنوان گامی در جهت پیشرفت فناوری‌های مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی محسوب شود.
یکی از چالش‌های اساسی در زمینه چاپ زیستی سه‌بعدی و مهندسی بافت، توسعه جوهرهای زیستی سازگار و قابل استفاده برای ساخت بافت‌های زنده است. در این 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 گردید. هدف این پژوهش، توسعه جوهرهای زیستی برای مواد طبیعی موجود در بدن انسان است تا ضمن حفظ سازگاری زیستی، از آن‌ها در کاربردهای پزشکی ترمیمی و مهندسی بافت بهره‌برداری شود.
در مرحله اول، محققان به تولید و شناسایی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما) پرداختند. این زیست‌ماده یکی از پرکاربردترین مواد در چاپ زیستی سه‌بعدی به شمار می‌آید. ژلاتین از کلاژن مشتق می‌شود و کلاژن، فراوان‌ترین ساختار در بدن انسان است که بخش عمده‌ای از ماتریکس خارج‌سلولی بافت‌ها را تشکیل می‌دهد. در این مطالعه، فرآیند متاکریلاسیون ژلاتین و ارتباط گروه‌های متاکریلات با ساختار ژلاتین مورد بررسی قرار گرفت. همچنین روش‌هایی برای کمّی‌سازی میزان متاکریلاسیون و تعیین دقیق درجه اصلاح شیمیایی توسعه داده شد.
نتایج این تحقیق نشان داد که کنترل و اندازه‌گیری دقیق درجه متاکریلاسیون نقش مهمی در تنظیم خواص مکانیکی، میزان اتصال، پایداری ساختاری و عملکرد زیستی هیدروژل‌های تولید شده دارد و می‌تواند به استانداردسازی تولید ژلما در تحقیقات مهندسی بافت کمک کند. در ادامه و با استفاده از نتایج به‌دست‌آمده از این مرحله، پژوهشگران در مرحله دوم به توسعه یک جوهر زیستی حساس به نور مرئی پرداختند. در این سیستم، ژلاتین متاکریلوئیل به عنوان ماده پایه و ریبوفلاوین (ویتامین B۲) به عنوان آغازگر نوری به کار رفت. ریبوفلاوین یکی از ویتامین‌های طبیعی موجود در بدن انسان است که توسط نور آبی با طول موج حدود ۴۵۰ نانومتر فعال می‌شود. استفاده از نور مرئی به جای تابش فرابنفش، یکی از مزایای اصلی این پژوهش به شمار می‌رود، زیرا می‌تواند آسیب به سلول‌ها و بافت‌های زنده را کاهش دهد.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد که سیستم توسعه‌یافته قادر است هیدروژل‌هایی با خواص مکانیکی مناسب، قابلیت چاپ‌پذیری مطلوب و سازگاری زیستی بالا تولید کند. حامدی در خصوص این پژوهش اظهار داشت: یکی از اهداف اصلی این مطالعات، توسعه سیستم‌هایی برای چاپ زیستی است که امکان استفاده از مواد طبیعی و سازگار با محیط زیست را فراهم کرده و خطرات ناشی از استفاده از نور فرابنفش را کاهش دهد. ژلاتین مشتق‌شده از کلاژن و ریبوفلاوین به عنوان یک ویتامین طبیعی و قابل چاپ با نور مرئی، امکان طراحی جوهرهای زیستی ایمن‌تر و کاهش آسیب‌های سلولی غشایی برای کاربردهای مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی را فراهم می‌آورد.
حسین‌زاده، پژوهشگر این طرح، همچنین بیان کرد: این تحقیق از مرحله سنتز و کمّی‌سازی ژلما آغاز شد و در ادامه به توسعه جوهر زیستی حساس به نور مرئی پرداخته شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که می‌توان از مواد طبیعی موجود در بدن استفاده کرد و سیستم‌هایی با عملکرد مناسب برای چاپ زیستی و بازسازی بافت طراحی کرد که قابلیت توسعه در کاربردهای پزشکی آینده را دارند. پژوهشگران بر این باورند که این نتایج می‌تواند زمینه‌ساز توسعه نسل جدیدی از داربست‌های زیستی و سازه‌های چاپ‌شده سه‌بعدی برای بازسازی بافت‌هایی نظیر استخوان، غضروف، پوست و سایر بافت‌های آسیب‌دیده باشد.
نتایج این پژوهش‌ها در قالب دو مقاله علمی در نشریات بین‌المللی Q۱ به ترتیب با تأثیر ۷.۹ و ۸ منتشر شده است. این تحقیقات در راستای توسعه فناوری‌های نوین در مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی و گسترش کاربردهای چاپ زیستی سه‌بعدی در درمان بیماری‌ها و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده انجام شده است.