اكتشاف طابعة جديدة ثلاثية الأبعاد تقوم بإنشاء أنسجة بيولوجية معقدة

طور فريق من العلماء من مدرسة سامويل للهندسة في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس، طابعة مصممة خصيصا لتكوين مواد بيولوجية علاجية من مواد متعددة، حيث يمكن أن يكون هذا التقدم خطوة نحو الطباعة حسب الطلب من الأنسجة الاصطناعية المعقدة، لاستخدامها في عمليات الزرع والعمليات الجراحية الأخرى .

وقد قال علي خاديموسيني الذي قاد الدراسة هو وليفي جيمس نايت الابن أستاذ الهندسة بمدرسة السامويلي للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس : ” الأنسجة هي هياكل معقدة بشكل رائع، لذا من أجل تصميم نسخ اصطناعية منها تعمل بشكل صحيح، علينا إعادة تعقيدها “، ويتابع : ” قدم أسلوبنا الجديد طريقة لبناء بنى معقدة حيويا وهي مصنوعة من مواد مختلفة “، وقد نشرت الدراسة في Advanced Materials .

مدرسة سامويل للهندسة بجامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس
مدرسة هنري سامويل للهندسة ( HSSoE ) هي الوحدة الأكاديمية في جامعة كاليفورنيا إرفين ( UC Irvine )، التي تشرف على البحوث الأكاديمية والتدريس في تخصصات مجال الهندسة، وقد تأسست المدرسة عندما تم افتتاح الحرم الجامعي في عام 1965، وتتألف من خمسة أقسام كل منها يشارك في الأبحاث الأكاديمية في مجاله الخاص، بالإضافة إلى العديد من المجالات متعددة التخصصات، وتمنح المدرسة درجة بكالوريوس العلوم والماجستير في العلوم ودرجة الدكتوراه في الفلسفة .

وفقا لنظام UC Irvine الأكاديمية تشمل مجالات البحث : الهندسة الكيميائية الحيوية والمفاعلات الحيوية، هندسة الزلازل، موارد المياه، النقل، أنظمة الكمبيوتر المتوازية والموزعة، الأنظمة الذكية والشبكات العصبية، معالجة الصور والإشارات، الأجهزة والمواد الإلكترونية البصرية، أجهزة وأنظمة عالية التردد، وأنظمة دقيقة ومتناهية الصغر، وتكنولوجيا خلايا الوقود، وميكانيكا السوائل، والاحتراق، والدفع النفاث، ومعالجة المواد، والروبوتات، ونظرية التحكم الحديثة، والعميد لهذه المدرسة حاليا هو غريغوري واشنطن الذي شغل المنصب منذ 1 أغسطس 2011 .

التقنية التي تستخدمها الطابعة الجديدة
تستخدم هذه التقنية عملية قائمة على الضوء تسمى stereolithography، وتستفيد من طابعة ثلاثية الأبعاد مصممة خصيصا من قبل Khademhosseini التي تحتوي على مكونين رئيسيين، الأول هو رقاقة ميكروفلويديك مصممة خصيصا – وهي عبارة عن منصة صغيرة مسطحة متشابهة في الحجم مع شريحة الكمبيوتر – مع مداخل متعددة يقوم كل واحد منهم ” بطباعة ” وكل مدخل به مادة مختلفة، أما المكون الآخر فهو ميكروميرور الرقمي، وهو عبارة عن مجموعة تتكون من أكثر من مليون مرآة صغيرة يتحرك كل منها بشكل مستقل .

ما قام به الباحثون
استخدم الباحثون أنواعا مختلفة من الهلاميات المائية، وهي مواد تشكل بعد المرور عبر الطابعة، كسقالات للنسيج، وتقوم الموجات الدقيقة بتوجيه الضوء إلى سطح الطباعة، وتشير المناطق المضيئة إلى مخطط الكائن الثلاثي الأبعاد الذي تتم طباعته، والضوء أيضا يؤدي إلى تكوين روابط جزيئية في المواد، مما يؤدي إلى تثبيت المواد الهلامية في المواد الصلبة، وعند طباعة الكائن الثلاثي الأبعاد، يقوم مصفوفة المرآة بتغيير نمط الضوء للإشارة إلى شكل كل طبقة جديدة .

وهذه العملية هي الأولى التي تستخدم مواد متعددة للتلخيص الأوتوماتيكي عن طريق الطباعة الحجرية المجسمة – وهو تقدم على الطباعة الحيوية المجسمة التقليدية، التي تستخدم فقط نوع واحد من المواد، بينما استخدم جهاز العرض أربعة أنواع من الأحبار الحيوية، وقد كتب مؤلفو الدراسة أن العملية يمكن أن تستوعب أكبر عدد ممكن من الأحبار حسب الحاجة، واستخدم الباحثون أولا عملية صنع أشكال بسيطة، مثل الأهرامات، ثم قاموا بعمل هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تحاكي أجزاء من الأنسجة العضلية والأنسجة الضامة العضلية، كما قاموا بطباعة أشكال تماثل الأورام بشبكات الأوعية الدموية، والتي يمكن استخدامها كنماذج بيولوجية لدراسة السرطان، اختبروا الهياكل المطبوعة عن طريق زرعها في الجرذان، ولم يتم رفض الهياكل .