* به نظرتان اهداف بلندمدت چاپ سه‌بعدی زیستی چیست؟
در اصل توانایی چاپ و اعمال اندام‌های حیاتی. شاید نخستین گام در این زمینه پرینت یک دسته بافت ایمپنت شده که می‌تواند یک عضو آسیب دیده را تقویت یا ترمیم کند اما واضح است که هدف نهایی ساختن اندام‌های حیاتی مانند کلیه، قلب، کبد است. ساخت این سه عضو، ارزش فوق‌العاده‌ای دارد. این دقیقا همان چیزی است که گروه پژوهشی‌ام آن را بررسی می‌کنند.
*چقدر به توسعه فناوری چاپ یک اندام بدن نزدیک شده‌ایم؟
ما هنوز چند دهه برای چاپ کامل یک اندام با پرینتر سه‌بعدی فاصله داریم. پرینت سلول‌های کبد، قلب یا کلیه کافی نیست. این سلول‌ها باید قابلیت عملکرد داشته باشند. همچنین آن‌ها باید تراکم بالایی از بافت زنده را تقلید کنند. یک اندام در بدن انسان فعالیت‌های زیادی انجام می‌دهد، بنابراین ما باید بتوانیم تمام آن قابلیت‌ها در اندام پرینتی تکثیر کنیم، آن هم به شیوه‌ای که بدن آن را قبول کند، تکثیر کنیم. بنابراین تعجبی ندارد چالش‌های زیادی در این مسیر است.
از سوی دیگر ما نیز اهدافی با تاثیرگذاری سریع را نیز پیگیری می‌کنیم. به‌عنوان مثال، صنعت داروسازی حدود یک میلیارد دلار صرف عرضه یک دارو به بازار می‌کند. با این حال 20 درصد از تمام داروها در آزمایش‌های بالینی رد می‌شوند، زیرا آن‌ها نسبت به کلیه سمی‌اند. صنعت داروسازی فاقد مدل‌های صحیح فیزیولوژیکی از بافت بدن انسان است تا داروها را روی آن‌ها آزمایش کند. بنابراین قابلیت چاپ بافت کلیه نقطه تمرکز مهمی برای ما به حساب می‌آيد.
*چه پیشرفتی در تولید بافت کلیه داشته‌اید؟
ما با محققان دانشگاه بیرگام و بیمارستان زنان در بوستون برای ساخت بلوک‌های اولیه تشکیل‌دهنده کلیه همکاری می‌کنیم. این بلوک‌های ساختاری بسیاری از ویژگی‌های کلیه را در خود دارند.
ما می‌خواهیم از آن‌ها برای ساخت حجم بافتی استفاده کنیم که به‌اندازه کافی بزرگ باشد و مانند کلیه عمل کند. درنهایت با استفاده از این روش، می‌توان اندام‌های سه‌بعدی با رگ‌های خونی خود ایجاد کنیم.
*آیا این اندام‌ها مانند اندام‌های طبیعی انسان خواهند بود؟
برای مردم بسیار مهم است که ببینند بافت چاپ شده به شکلی است که آن‌ها قبلا می‌شناسند. در غیر این صورت ممکن است آن‌ها دچار وحشت شوند اما می‌توان بافت‌ها را به اشکال جالبی پرینت گرفت که شبیه اندام‌های واقعی انسان نیست.
*چه چیزی سبب شد ایده پرینت زیستی اندم‌ها به ذهن‌تان برسد؟
همکاران در دانشگاه ایلینوی می‌خواستند مواد بسازند که خود را ترمیم می‌کند. ایده اصلی شبیه‌سازی بدن بود؛ اگر بریدگی در بخشی از بدن‌تان به وجود بیاید، خون از شبکه رگ‌های خونی بدن جریان می‌یابد و لخته تشکیل می‌دهد، بنابراین پوست بهبود می‌یابد. ما متوجه شدیم چگونه شبکه کانال‌ها‌های خونی (میکروواسکولارها) را داخل موادمصنوعی چاپ کنیم. این پیشرفت به تولید کلاس جدیدی از پلیمرهای خود ترمیم‌کننده منجر شد. این لحظه مهمی بود. قبلا هرگز چاپ سلول‌های زنده را امتحان نکردم اما از نزدیک تحولات حوزه مهندسی بافت را رصد می‌کردم و متوجه شدم مانع بزرگی را در تحولات آن از بین برده‌ایم. بنابراین تصمیم گرفتم این رویکرد را برای مواد زنده نیز استفاده کنم. این رویدادها مربوط به حدود . 2010 میلادی بود.
* این پیشرفت که موانع را برطرف کرد، چه بود؟
اگر هیچ عروقی برای انتقال موادمغذی یا خون به آن سلول وجود نداشته باشد، نمی‌توان سلول‌های زنده در پرینتر سه‌بعدی ساخت. آن‌ها به‌سادگی می‌میرند. بنابراین ما از «جوهر فراری» (fugitive ink) استفاده کردیم تا الگوهای سیلندرهای کوچک را در یک بافت چاپ شده با 3D چاپ کنیم. نکته مهم این است که این پس چاپ بافت، این جوهر را می‌توان پاک کرد. بنابراین پشت کانال‌ها می‌ماند تا شبیه عروق شود.
*«جوهر فراری» و عملکرد آن چیست؟
این یک ماده طراحی شده برای ژل در دمای اتاق است. از نازل چاپگر به شکل استوانه‌ای خارج می‌شود و این شکل خود را در یک ساختار چاپ شده، نگه می‌دارد. با این حال، اگر شما آن را در دمای درجه حرارت چهاردرجه سانتی‌گراد نگه دارید، خنک، ژل از جامد به مایع منتقل می‌شود. این رفتار که مخالف نحوه رفتار موادمعمول است. این راز ماده عجیب است. اگر ساختاری از سلول‌های زنده در دمای اتاق چاش شود، باید آن را داغ کرد تا جوهر فرار مایع شود، بنابراین تمام سلول‌های زنده می‌میرند اما اگر هنگام خنک‌سازی سلول‌ها زنده بمانند، آن‌ها زنده می‌مانند.این یک ایده بسیار ساده است که درعین‌حال می‌توان شبکه‌های عروقی را در بافت‌های انسانی چاپ کرد و به این ترتیب یک چالش بزرگ در این زمینه را برطرف کرد.
*به نظر می‌رسد همه چیز سریع پیش می‌رود.
قانون مور را به‌خاطر دارید. این قانون سود قابل ملاحظه‌ای در محاسبات نیرو را پیش‌بینی می‌کند. از دهه ۱۹۷۰ میلادی تاکنون، تعداد ترانزیستورها روی یک تراشه تقریبا هر دو سال یک‌بار یا بیشتر، دوبرابر شده است. سوال این است آیا نسخه‌برداری بیوفیزیکی از نسخه قانون مور پیروی می‌کند یا خیر. محققان بدون شبکه‌های عروقی، فقط می‌توانستند بافت‌هایی را چاپ کنند که کمتر از یک میلی‌متر ضخامت داشتند. ما نشان داده‌ایم که شما می‌توانید بافتی را چاپ کرد که در حدود یک سانتی‌متر ضخامت دارد. به این معنی است که چاپ زیستی در حال شکوفایی است.
*وقتی بافت بافت قلب را چاپ می‌کنید، بافت خودبه خود تپش را آغاز می‌کند؟
سلول‌های قلب درون بافت چاپ شده شروع به‌طور هماهنگ تپش را آغاز می‌کنند اما فرآیند تپش قلب به‌طور آنی اتفاق نمی‌افتد. نخست قلب به‌طور نامنظم می‌تپد. این روند تا زمانی ادامه می‌یابد که بافت‌ها بایکدیگر جوش می‌خورند و به‌عنوان یک اندام یگانه می‌تپند. در قلب انسان نیز همین اتفاق می‌افتد. چند روز طول می‌کشد تا قلب خودبه‌خود بتپد. سپس بافت با شدت بیشتری می‌تپد و هماهنگی بین بافت‌های آن بیشتر می‌شود.
*به عبارت دیگر دیگر شما محیط را برای بافت زنده فراهم می‌کنید و نیازهای آن را تامین می‌کنید تا زنده بماند . سپس منتظر می‌مانید تابافت‌ها به‌طور طبیعی فعالیت را از سر گیرند؟
بله، معتقدیم برای ابداع بافت‌های مخصوص هر اندام به معنای چاپ ساختارهایی مینی مالیستی و حاوی سلول‌های مناسب، شبکه عروق و پشتیبانی از قالب آن‌هاست اما باید اجازه داد طبیعی فرآیند ساخت و ترکیب را تا حد ممکن انجام دهد، زیرا انسان طوری برنامه‌ریزی شده که بافت بدن خود را بسازد. اگر شما این سلول‌ها نشانه‌های مناسب را دریافت کنند، می‌توانند بقیه فعالیت را به‌تنهایی انجام دهند.
*آیا تکنولوژی شما می‌تواند جایگزیین آزمایش روی حیوانات شود تا به این ترتیب تاثیر داروها را روی اندام‌های چاپ شده بررسی کرد؟
بله اما برای بررسی داروها نیاز به یک اندام کامل نیست. ما درحال‌حاضر روی ایجاد مدل‌های سه‌بعدی بافت انسانی تمرکز کرده‌ایم که می‌توان از آن برای بررسی سمی مواد و مدل‌سازی بیماری‌ها استفاده کرد. به‌طور خاص، ما با همکاری یک شرکت بزرگ دارویی برای تولید، بافت‌های کلیه را روی تراشه همکاری می‌کنیم.
