به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در سال‌های اخیر، فناوری چاپ سه‌بعدی زیستی (3D Bioprinting) به یکی از نوآورانه‌ترین ابزارها در حوزه پزشکی و مهندسی بافت تبدیل شده است. این فناوری با ترکیب سلول‌های زنده، مواد زیستی و تکنیک‌های پیشرفته، امکان ساخت بافت‌ها و اندام‌های مصنوعی را فراهم کرده که می‌توانند در درمان بیماری‌ها، ترمیم زخم‌ها و حتی پیوند اعضا تحول ایجاد کنند. در این میان، ساخت پوست مصنوعی با استفاده از سلول‌های بنیادی و بیوجوه‌های زیستی یکی از دستاوردهای برجسته این فناوری است. پژوهشگاه رویان در ایران، همراه با سایر مراکز تحقیقاتی در جهان، نقش مهمی در پیشبرد این حوزه ایفا کرده است. در این مقاله، به بررسی چگونگی ساخت پوست مصنوعی با چاپ سه‌بعدی، نقش سلول‌های بنیادی، فعالیت‌های پژوهشگاه رویان و پیشرفت‌های جهانی در این زمینه می‌پردازیم.

چاپ سه‌بعدی زیستی: انقلابی در مهندسی بافت

چاپ سه‌بعدی زیستی فرآیندی است که در آن سلول‌های زنده و مواد زیستی (بیوجوه‌ها) به‌صورت لایه‌به‌لایه در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا ساختارهایی شبیه به بافت‌های طبیعی بدن ایجاد شود. بیوجوه‌ها، که ترکیبی از سلول‌ها و مواد هیدروژلی هستند، نقش کلیدی در این فرآیند دارند. این مواد باید زیست‌سازگار باشند، یعنی با بدن انسان سازگاری داشته و واکنش ایمنی ایجاد نکنند. همچنین باید قابلیت چاپ با دقت بالا و حفظ شکل پس از چاپ را داشته باشند.

بیوجوه‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: بیوجوه‌های طبیعی و بیوجوه‌های مصنوعی. بیوجوه‌های طبیعی، مانند آلژینات (مشتق از جلبک دریایی)، ژلاتین و کلاژن، به دلیل شباهت به ماتریکس خارج‌سلولی (ECM) بدن، برای رشد و تکثیر سلول‌ها مناسب‌اند. بیوجوه‌های مصنوعی، مانند پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) و پلی‌لاکتیک اسید (PLA)، به دلیل استحکام مکانیکی بالا و امکان تنظیم خواص، در کاربردهایی که نیاز به ساختارهای مقاوم دارند، استفاده می‌شوند. ترکیب این دو نوع بیوجوه، یعنی بیوجوه‌های هیبریدی، امکان بهره‌مندی از مزایای هر دو را فراهم می‌کند.

چاپ سه‌بعدی زیستی از سه روش اصلی استفاده می‌کند: چاپ جوهرافشان، چاپ لیزری و چاپ اکستروژنی. در چاپ اکستروژنی، که رایج‌ترین روش است، بیوجوه‌ها از طریق یک نازل به‌صورت کنترل‌شده خارج شده و ساختار سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند. این فناوری به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا بافت‌هایی با دقت بالا و مشابه با بافت‌های طبیعی بدن تولید کنند.

ساخت پوست مصنوعی با سلول‌های بنیادی

پوست، به‌عنوان بزرگ‌ترین اندام بدن، نقش مهمی در حفاظت از بدن، تنظیم دما و حس لامسه دارد. آسیب‌های پوستی ناشی از سوختگی، زخم‌های مزمن یا بیماری‌های پوستی، چالش‌های بزرگی برای بیماران و پزشکان ایجاد می‌کنند. پوست مصنوعی ساخته‌شده با چاپ سه‌بعدی می‌تواند راه‌حلی نوین برای این مشکلات باشد.

در این فرآیند، سلول‌های بنیادی، به‌ویژه سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) و سلول‌های پوستی مانند کراتینوسیت‌ها (سلول‌های لایه خارجی پوست) و فیبروبلاست‌ها (سلول‌های لایه میانی پوست)، نقش اصلی را ایفا می‌کنند. سلول‌های بنیادی به دلیل توانایی تمایز به انواع مختلف سلول‌ها و ترشح فاکتورهای رشد، برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده بسیار مناسب‌اند. این سلول‌ها در بیوجوه‌هایی مانند ژلاتین متاکریلات (GelMA) یا عصاره غشای آمنیوتیک (AME) قرار می‌گیرند و با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی به‌صورت لایه‌ای چاپ می‌شوند.

یکی از نمونه‌های موفق، ساخت پوست مصنوعی با استفاده از بیوجوه ژلاتین متاکریلات /ژلاتین/ عصاره غشای آمنیوتیک است. این بیوجوه حاوی کراتینوسیت‌ها، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های اندوتلیال (برای تشکیل عروق خونی) است. این ساختار نه‌تنها ظاهر و عملکرد پوست طبیعی را تقلید می‌کند، بلکه با ایجاد شبکه عروقی، امکان تغذیه و اکسیژن‌رسانی به سلول‌ها را فراهم می‌آورد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این پوست مصنوعی می‌تواند در بهبود زخم‌های پوستی، به‌ویژه در بیماران مبتلا به سوختگی، مؤثر باشد.

مزیت اصلی استفاده از سلول‌های بنیادی در این فرآیند، توانایی آن‌ها در بازسازی بافت‌های پیچیده و کاهش التهاب است. برای مثال، مطالعات نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی مزانشیمی می‌توانند با ترشح فاکتورهای ضدالتهابی، روند بهبود زخم را تسریع کنند و تولید کلاژن و فیبرهای الاستیک را افزایش دهند.

نقش پژوهشگاه رویان در توسعه پوست مصنوعی

پژوهشگاه رویان، به‌عنوان یکی از پیشگامان پژوهش‌های سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی در ایران، گام‌های مهمی در حوزه مهندسی بافت و چاپ سه‌بعدی زیستی برداشته است. این پژوهشگاه با تمرکز بر استفاده از سلول‌های بنیادی و بیومواد پیشرفته، پروژه‌هایی را برای تولید بافت‌های مصنوعی، از جمله پوست، دنبال می‌کند.

یکی از دستاوردهای برجسته رویان، توسعه روش‌هایی برای کشت و تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های پوستی است. محققان این مرکز با استفاده از بیوجوه‌های زیست‌سازگار و چاپگرهای سه‌بعدی، توانسته‌اند ساختارهایی شبیه به پوست طبیعی تولید کنند که قابلیت استفاده در آزمایش‌های پیش‌بالینی را دارند. این پوست‌های مصنوعی نه‌تنها برای درمان زخم‌ها، بلکه برای آزمایش داروها و مطالعه بیماری‌های پوستی نیز کاربرد دارند.

رویان همچنین با همکاری دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بین‌المللی، در حال توسعه بیوجوه‌های جدید با خواص بهبودیافته است. برای مثال، استفاده از هیدروژل‌های طبیعی مانند آلژینات و کلاژن در ترکیب با سلول‌های بنیادی، امکان تولید پوست مصنوعی با استحکام و انعطاف‌پذیری مناسب را فراهم کرده است. این پژوهشگاه با ایجاد بانک سلول‌های بنیادی و غشای آمنیوتیک، منابع ارزشمندی برای تولید بیوجوه‌های پیشرفته فراهم کرده است.

علاوه بر این، رویان در آموزش و تربیت متخصصان این حوزه نقش مهمی دارد. کارگاه‌ها و دوره‌های آموزشی این مرکز به پژوهشگران جوان کمک می‌کند تا با فناوری‌های نوین چاپ سه‌بعدی و مهندسی بافت آشنا شوند. این تلاش‌ها، ایران را به یکی از کشورهای پیشرو در منطقه در زمینه پزشکی بازساختی تبدیل کرده است.

پیشرفت‌های جهانی در ساخت پوست مصنوعی

در سطح جهانی، مراکز تحقیقاتی متعددی در حال توسعه فناوری‌های چاپ سه‌بعدی برای ساخت پوست مصنوعی هستند. برای مثال، پژوهشگران در دانشگاه‌های معتبر مانند MIT و استنفورد، بیوجوه‌های پیشرفته‌ای مانند هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده (self-healing hydrogels) را توسعه داده‌اند. این هیدروژل‌ها می‌توانند پس از آسیب، خود را ترمیم کنند و برای کاربردهای پوستی که نیاز به مقاومت مکانیکی دارند، بسیار مناسب‌اند.

یکی از مطالعات برجسته جهانی، استفاده از بیوجوه ماتریکس خارج‌سلولی مشتق‌شده از پوست (S-dECM) است. این بیوجوه، که از پوست انسان استخراج می‌شود، محیطی بسیار شبیه به بافت طبیعی فراهم می‌کند و باعث بهبود سازمان‌دهی لایه‌های پوستی و ترشح ماتریکس خارج‌سلولی در لایه میانی پوست می‌شود. آزمایش‌های حیوانی نشان داده‌اند که این بیوجوه می‌تواند زخم‌های عمیق را با سرعت بیشتری ترمیم کند.

همچنین، ترکیب نانوسلولز (NFC) با آلژینات و کربوکسی‌متیل سلولز (CMC) به‌عنوان بیوجوه، نتایج قابل‌توجهی در مهندسی پوست به همراه داشته است. این بیوجوه، با تقلید از ساختار کلاژن طبیعی پوست، امکان رشد سلول‌های فیبروبلاست را در محیطی مشابه پوست فراهم می‌کند. این ساختارها تا ۲۹ روز فعالیت سلولی را حفظ کرده و برای درمان زخم‌های مزمن مناسب‌اند.

در حوزه بیوجوه‌های هوشمند، پیشرفت‌های چشمگیری صورت گرفته است. این بیوجوه‌ها می‌توانند به محرک‌های محیطی مانند دما یا pH واکنش نشان دهند و داروها را به‌صورت کنترل‌شده آزاد کنند. این ویژگی برای درمان زخم‌های عفونی یا بیماری‌های پوستی مزمن بسیار مفید است.

چالش‌ها و آینده پوست مصنوعی

با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، ساخت پوست مصنوعی با چاپ سه‌بعدی همچنان با چالش‌هایی مواجه است. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، تولید انبوه بیوجوه‌ها با کیفیت یکنواخت است. تغییرات در ویسکوزیته و خواص رئولوژیکی بیوجوه‌ها می‌تواند چاپ را دشوار کند. همچنین، ایجاد شبکه‌های عروقی کامل در پوست مصنوعی برای تأمین اکسیژن و مواد مغذی به سلول‌ها، همچنان یک مشکل بزرگ است.

چالش دیگر، هزینه بالای این فناوری است. تجهیزات چاپ سه‌بعدی زیستی و بیوجوه‌های پیشرفته گران‌قیمت هستند و برای استفاده گسترده در بیمارستان‌ها نیاز به کاهش هزینه‌ها دارند. علاوه بر این، آزمایش‌های بالینی برای تأیید ایمنی و اثربخشی پوست مصنوعی زمان‌بر و پیچیده‌اند.

با این حال، آینده این فناوری بسیار امیدوارکننده است. پیشرفت در بیوجوه‌های هوشمند، استفاده از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی فرمولاسیون بیوجوه‌ها و توسعه چاپگرهای سه‌بعدی با دقت بالاتر، می‌تواند این چالش‌ها را برطرف کند. انتظار می‌رود در دهه آینده، پوست مصنوعی چاپ‌شده به‌صورت گسترده در درمان سوختگی‌ها، زخم‌های دیابتی و حتی پیوند پوست استفاده شود.

نتیجه‌گیری

فناوری چاپ سه‌بعدی زیستی و ساخت پوست مصنوعی با استفاده از سلول‌های بنیادی، یکی از نوآورانه‌ترین دستاوردهای پزشکی مدرن است. پژوهشگاه رویان در ایران و مراکز تحقیقاتی در سراسر جهان، با توسعه بیوجوه‌های پیشرفته و روش‌های چاپ نوین، در حال بازتعریف درمان‌های پوستی هستند. این فناوری نه‌تنها به بهبود کیفیت زندگی بیماران کمک می‌کند، بلکه دریچه‌ای به سوی تولید اندام‌های پیچیده‌تر در آینده باز کرده است. با ادامه این پیشرفت‌ها، روزی فرا خواهد رسید که پوست مصنوعی چاپ‌شده به بخشی جدایی‌ناپذیر از پزشکی بازساختی تبدیل شود.

پایان مطلب/.