يطور الباحثون عملية طباعة حيوية ثلاثية الأبعاد للجلد والعظام

طور باحثون من جامعة ولاية بنسلفانيا عملية طباعة حيوية ثلاثية الأبعاد قادرة على طباعة الأنسجة الصلبة والناعمة في نفس الوقت لإصلاح إصابات الجلد والعظام.

باستخدام اثنين من الوصلات الحيوية المصممة خصيصًا وعمليات الطباعة الحيوية ، تمكن الفريق من إصلاح ثقب في الجمجمة والجلد لنموذج الفئران في غضون دقائق في إجراء واحد. يهدف الباحثون في نهاية المطاف إلى ترجمة أبحاثهم إلى تطبيقات بشرية من أجل تحقيق طرق أسرع وأكثر فاعلية لشفاء الجلد والعظام. هذا العمل مهم سريريًا. من الصعب التعامل مع العيوب المركبة وإصلاح الأنسجة الرخوة والصلبة مرة واحدة. وبالنسبة للمنطقة القحفية الوجهية ، يجب أن تكون النتائج مرضية من الناحية الجمالية.

لا توجد طريقة جراحية لإصلاح الأنسجة الرخوة والصلبة مرة واحدة. هذا هو السبب الذي جعلنا نهدف إلى إبراز التكنولوجيا حيث يمكننا إعادة بناء العيب الكامل من العظام إلى الوباء مرة واحدة .

إصلاح إصابات الجلد والعظام

يعد إصلاح الإصابات الرضحية لجلد وعظام الوجه والجمجمة أمرًا صعبًا بسبب الطبقات المتعددة لأنواع مختلفة من الأنسجة المصابة. تتضمن الأساليب الحالية استخدام عظم من جزء آخر من جسم المريض ، والذي يجب تغطيته بأنسجة رخوة مع تدفق الدم أيضًا من مكان آخر ، ثم إصلاح الأنسجة الرخوة والجلد بشكل منفصل.

حظيت الهياكل الحيوية المطبوعة ثلاثية الأبعاد للاستخدام في الطب التجديدي وهندسة الأنسجة باهتمام متزايد في السنوات الأخيرة. يتم تطوير روابط حيوية جديدة باستمرار لهذه التطبيقات ، ويتم دمج الطباعة ثلاثية الأبعاد مع تقنيات مثل هندسة المواد الحيوية وبيولوجيا الخلايا الجذعية لإنشاء نطاق أوسع من مواد تطعيم العظام القابلة للتخصيص.

على سبيل المثال ، في العام الماضي وحده ، درس الباحثون كيف يمكن للطوب العظمي المطبوع ثلاثي الأبعاد على غرار Lego أن يعالج الأنسجة الهيكلية المكسورة ، والطرق التي يمكن أن تسهل بها السقالات ثلاثية الأبعاد المطبعية بيولوجيًا تكوين العظام ، وكيف يمكن طباعة الهياكل الخزفية ثلاثية الأبعاد التي تحتوي على خلايا حية يمكن أن يكون لها استخدامات محتملة لتطبيقات هندسة أنسجة العظام.

فيما يتعلق بالأنسجة الرخوة ، كانت هناك تطورات في الهلاميات المائية المولدة للخلايا التائية ثلاثية الأبعاد ، والغضروف الأنفي ثلاثي الأبعاد المطبوع بيولوجيًا للمرضى الذين يعانون من تشوه الوجه بعد الجراحة ، والهلاميات المائية المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تدعم بقاء الخلية على المدى الطويل.

ومع ذلك ، وفقًا لباحثي ولاية بنسلفانيا ، فإن طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للأنسجة الرخوة والصلبة في وقت واحد لم تتحقق بعد ، وهو ما دفعهم إلى إجراء تجاربهم.

الطباعة الحيوية للأنسجة الصلبة والناعمة

لمواجهة التحديات الموضحة أعلاه ، استخدم الباحثون من تقنيات البثق والطباعة الحيوية للقطرات لإيداع خليط من الخلايا والمواد الحاملة لإنتاج العظام والأنسجة الرخوة ، المستخدمة لإصلاح إصابة الجمجمة على نموذج الفئران. بدأ الباحثون بالتركيز على عنصر إصلاح العظام. لقد طوروا حبر نسيج صلب يتكون من الكولاجين ، الشيتوزان ، النانو هيدروكسيباتيت ، والخلايا الجذعية الوسيطة ، وهي خلايا متعددة القدرات توجد في نخاع العظام والتي تكوِّن دهون العظام والغضاريف ونخاع العظام. ينبثق boink في درجة حرارة الغرفة ويسخن إلى درجة حرارة الجسم بمجرد تطبيقه من أجل تحفيز الارتباط المتقاطع للكولاجين وأجزاء الحبر الأخرى. هذا يلغي الحاجة إلى تغييرات كيميائية في إضافة رابط كروس.

لإنشاء الأنسجة الرخوة ، استخدم الباحثون تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للقطرات لإيداع الكولاجين والفيبرينوجين في طبقات متناوبة مع مركبات التشابك وتعزيز النمو. اختلفت طبقات الأنسجة الرخوة المطبوعة في التركيب لتعكس الاختلافات في طبقات الجلد.

أجرى الفريق تجارب لإصلاح الثقوب التي يبلغ قطرها 6 مم باستخدام كل تقنية على حدة. بمجرد أن أثبتت هذه النجاحات ، شرعوا في إصلاح الأنسجة الرخوة والصلبة خلال نفس الإجراء الجراحي. كان هذا النهج عملية صعبة للغاية وقد أمضينا وقتًا طويلاً في العثور على المادة المناسبة للعظام والجلد وتقنيات الطباعة الحيوية الصحيحة.