ساخت رگ‌هاي سه بعدي مصنوعي با استفاده از قند

محققان اميدوارند كه پيشرفت‌هاي جديد در مهندسي بافت و پزشكي احياكننده بتواند در آينده يك كبد جايگزين را از سلولهاي خود بيمار ساخته يا بافت عضله حيوانات كه قابل برش به شكل استيك بوده را بدون استفاده از بدن حيوانات و در آزمايشگاه ايجاد كنند.
به گزارش سرويس علمي ايسنا مهندسان زيستي در حال حاضر تنها قادر به ايجاد ساختارهاي دو بعدي از انواع بافت هستند؛ چرا كه اندامها از شبكه رگ پيچيده سه بعدي برخوردار است كه بازساري آنها هنوز در آزمايشگاه ممكن نيست.
محققان دانشگاه پنسيلوانيا موفق به ايجاد يك راه‌حل مبتكرانه براي حل اين مشكل شدند كه نشان مي‌دهد الگوهاي سه‌بعدي چاپي از الگوهاي چاپي سه‌بعدي قند و پرورش گوشت بر روي آنها مي‌تواند براي ساخت سريع عروق و ارتقاي عملكرد بافتهاي زنده داراي رگ مورد استفاده قرار گيرد.
بدون سيستم عروق كه يك بزرگراه براي انتقال مواد غذايي و حذف محصولات زائد است، سلولهاي زنده درون يك ساختار بافت سه بعدي بسرعت خفه مي‌شوند.
بافتهاي نازك پرورش يافته از چند لايه سلول اين مشكل را ندارند، چرا كه تمام سلولها از دسترسي مستقيم به مواد غذايي و اكسيژن برخوردارند. از اين رو مهندسان زيستي به بررسي چاپ سه بعدي به عنوان راهي براي پيش ساخت بافتهاي شامل مقادير زياد سلولهاي زنده پرداخته‌اند.
شيوه‌هايي كه بيشتر بررسي شده‌اند، ساخت لايه به لايه يا چاپ زيستي هستند كه لايه‌ها يا قطرات سلول و ژل ايجاد شده و سپس بر روي يك لايه در يك زمان مانند لگو جمع مي‌شوند.
تاكنون يكي از موانع اصلي در تبديل نمونه‌هاي دو بعدي به سه‌بعدي، نگهداري سلولهاي درون سازه‌هاي بزرگ از خطر خفگي است. اين شيوه جديد با چاپ برعكس اندام كار مي‌كند، بطوري كه ابتدا رگهاي خوني چاپ و سپس گوشت در اطراف آنها پرورش داده مي‌شود.
اين شيوه سريع ريخته‌گري نيازمند اين بود كه محققان به توليد ماده‌اي با سختي كافي براي موجوديت به عنوان يك شبكه سه‌بعدي از تارهاي استوانه‌اي بپردازند كه همچنين براحتي قابل انحلال در آب بدون تاثير سمي بر سلولها باشد. پس از آزمايشات بسيار اين تيم موفق به شناسايي يك تركيب عالي از ويژگي‌هاي ماده در قند شدند.
از آنجايي كه هيچ نوع ژلي به تنهايي وجود ندارد كه براي تمام انوع بافتهاي زيستي بهينه باشد، محقان همچنين به دنبال توليد يك فرمول قند بودند كه كاملا با هر نوع سلول يا ژل مبتني بر آب منطبق باشد.
كل اين فرآيند بسيار سريع و كم هزينه است و به محققان اجازه مي‌دهد به آساني بين شبيه‌سازي‌هاي رايانه و مدلهاي فيزيكي از تنظيمات چندگانه عروق كار كنند.
محققان نشان دادند كه سلولهاي رگهاي خوني انسان كه درون شبكه‌هاي خون تزريق شده بودند، بطور همزمان به توليد جوانه های مویرگی جديد براي افزايش دستيابي شبكه مانند شيوه رشد طبيعي رگهاي خوني بدن انسان پرداختند.
اين تيم سپس به توليد ژلهايي شامل سلولهاي اصلي كبد براي آزمايش امكان ارتقاي كاربري آنها توسط اين شيوه پرداختند.
هنگامي كه اين محققان به پمپاژ پوشش مياني غني از ماده مغذي از ميان سيستم عروق ساخته شده از نمونه‌هاي دانشمندان پرداختند، سلولهاي كبد محبوس به افرايش توليد آلبومين و اوره كه اجزاي طبيعي خون و ادرار هستند، پرداختند. اين مواد مقياسهاي مهمي در سلامت و عملكرد كبد به شمار مي‌روند.
نتايج اين پژوهش در مجله نيچر متريال منتشر شده است.