تبیان، دستیار زندگی
چاپ زیستی مانند هر نوع تکنیک چاپ دیگری نیازمند کاغذ و جوهر است. اما در این نوع چاپ کاغذ وجوهر هم باید از نوع زیستی باشد.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

کاغذ زیستی و جوهر زیستی


چاپ زیستی مانند هر نوع تکنیک چاپ دیگری نیازمند کاغذ و جوهر است. اما در این نوع چاپ کاغذ وجوهر هم باید از نوع زیستی باشد.

کاغذ زیستی و جوهر زیستی

جوهر زیستی (Bioink)

جوهر زیستی سوسپانسیون های سلولی آماده شده از یک نوع سلول یا چند نوع سلول و یا توده های سلولی می باشد. با توجه به مبانی مولکولی تئوری اتصال افتراقی که توسط اشتاینبرگ وضع شده است و همچنین ماهیت مایع گون بافت ها، قرار گرفتن سلول ها و یا قطره های سلولی در فاصله نزدیک و مناسب و برهم کنش آنها با یکدیگر و بسترشان بر اساس به حداقل رساندن انرژی بین سطحی، می تواند سبب خود آرایش یافتگی و خود-اتصالی و ایجاد ساختارهای یکنواخت بافتی شود. در این روش با فراهم سازی شرایط قرارگیری توده های سلولی در محل های دقیق و نزدیک به هم، می توان انتظار ایجاد ساختارهای یکنواخت جوش خورده ای را داشت که در نهایت منجر به ایجاد بافت مورد نظر می شوند.

کاغذ زیستی و جوهر زیستی

در حقیقت جوهر زیستی، تجمعات سلولی منسجم با چگالی بالا است که مشابه قطرات جوهر بر بستر کاغذ زیستی منتقل شده و به عنوان واحد ساختاری بافت در نظر گرفته می شود.

کاغذ زیستی (Biopaper)

فراهم سازی بستری که بتوان سلول ها را بر روی آن چاپ نمود یکی دیگر از جنبه های مورد توجه در فناوری چاپ زیستی است. بستر مناسب که نقش داربست را ایفا می نماید، باید علاوه بر سازگاری با سیستم چاپ (امکان چاپ شدن چه به صورت همزمان و یا به صورت متناوب و لایه لایه)، زیست سازگار باشد و همچنین ویژگی های ازجمله شبیه سازی ماتریکس خارج سلولی، امکان اتصال به سلول ها، ایجاد حمایت مکانیکی لازم جهت نگاه داشتن سلول های چاپ شده در محل مناسب، امکان نفود و حرکت سلول ها در طول فرایند رشد و تکوین، امکان تخریب و تجزیه توسط بدن، پس از تکمیل شکل گیری بافت مورد نظر را فراهم سازد. کاغذ زیستی باید امکان تامین فضای مناسب جهت رساندن مواد غذایی و عوامل رشد به سلول ها را دارا باشد.

کاغذ زیستی و جوهر زیستی

ملاک های یک کاغذ زیستی ایده آل برای چاپ زیستی شامل موارد زیر است:

- قابلیت فرایند پذیری  داشته باشد یعنی امکان توزیع لایه ای و ژل شدن سریع داشته باشد.

- به ماتریکس خارج سلولی شباهت داشته باشد و پپتیدهای مهم و اصلی همچنین عوامل رشد مناسب را دارا باشد.

- پلیمر هوشمند باشد تا قابلیت شبکه ای شدن در محل و حساسیت نسبت به تحریک داشته باشد.

- امکان جوش خوردن بافت ها و توده های سلولی را فراهم سازد و حرکت سلول ها را محدود نسازد.

- قابلیت حفظ شکل داشته باشد.

- آب دوست باشد و نفوذپذیری مناسب و کارامد داشته باشد.

- زیست تجدید پذیر و با منشا زیستی باشد.

- عوامل تحریک رگ زایی را همراه داشته باشد.

جوهر زیستی، تجمعات سلولی منسجم با چگالی بالا است که مشابه قطرات جوهر بر بستر کاغذ زیستی منتقل شده و به عنوان واحد ساختاری بافت در نظر گرفته می شود

با توجه به خصوصیات نام برده، هیدروژل ها به عنوان دسته ای از مواد معمول که در مهندسی بافت به کار می روند مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند.این مواد با قابلیت شکل گیری ساختارهای ژل مانند تحت شرایط مناسب فرایند چاپ می توانند ملزومات نام برده را فراهم نمایند. از جمله مهم ترین خصوصیات این دسته از مواد نسبت به سایر موادی که در مهندسی بافت مرسومند، می توان به زیست سازگاری مناسب، خواص مکانیکی مشابه ماتریکس خارج سلولی، ایجاد محیط مرطوب به واسطه احتباس آب درون ساختار و کم بودن کسر ماده جامد درون ساختار-که امکان حرکت مواد و سلول ها را فراهم می کند- امکان ترکیب شدن با مواد مختلف از جمله سلول و عوامل رشد در فاز مایع و امکان احتباس سلول ها در فاز ژل با تغییر به موقع فاز از مایع وسکوز به ژل تحت شرایط فیزیولوژیک اشاره نمود. به همین دلیل این دسته از مواد تا کنون تنها مواد مورد استفاده در فناوری چاپ زیستی در مهندسی بافت هستند.

کاغذ زیستی و جوهر زیستی

هیدروژل ها به دلیل قابلیت شکل دهی در انواع روش های الگوسازی سریع جهت ساخت داربست های مهندسی بافت به کار رفته اند. در زمینه چاپ اندام روش rapid prototyping با مهندسی بافت بر پایه سلولی همراه می شود و محصول نهایی ساختارهای هیبریدی سلول و ژل با کنترل دقیق شکل و ابعاد در مقیاس میکرو است.  در میان انواع هیدروژل هایی که در زمینه مهندسی بافت به کار می روند، هیدروژل های حساس به تحریک بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، چراکه فرایند تشکیل ژل در طول فرایند چاپ قابل کنترل است. این نوع از پلیمرها در پاسخ به تغییرات شرایط محیط تغییر فاز می دهند و تشکیل شبکه سه بعدی ژل را می دهند. انواع تحریکاتی که می توانند پدیده ژل شدن را آغاز کنند، شامل دما، تغییرات pH، تغییر محیط یونی، تابش نور، حضور آنزیم ها و حضور عوامل شیمیایی شبکه ای کننده هستند. در این میان هیدروژل های حساس به دما و هیدروژل های تشکیل شونده در پاسخ به تابش نور کاربرد بیشتری دارند. هیدروژل های حساس به دما استفاده بیشتری دارند.

هیدروژل های حساس به دما به دو دسته کلی سنتزی و طبیعی قابل تقسیم اند. هیدروژل های طبیعی کاربرد بیشتری دارند. از انواع هیدروژل های طبیعی حساس به دما می توان به کلاژن، ژلاتین، آگارز، آلجینات، هیالورونیک اسید، کیتوسان و دکستران اشاره نمود.

سمانه سادات عنایتی

بخش دانش و زندگی تبیان


منابع:

Fakhrzadeh H, Imani R. Iranian Journal of Diabetes and Lipid Disorders.Volume 10, No6 2011.

Neagu A. Role of Physical Mechanisms in Biological Self-Organization. Phys Rev Lett 2005; 95: 1-4.

Mironov V, Kasyanov V, Markwald R. Bioprinting: Directed Self Assembly. Chem Eng Prog 2007; 103(12): 12-7.

Boland T, Mironov V, Gutowoska A, Roth EA. Cell and Organ Printing 2: Fusion of Cell Aggregates in Three-Dimensional Gels. The Anatomical Record Part A, 2003; 272A: 497– 502.