طراحی و ساخت جوهر ویژه زیستی در دانشگاه تهران

به گزارش  خبرگزاری صدا و سیما ؛ پژوهشگران دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران در دو پژوهش منتشرشده در نشریات علمی بسیار معتبر، پس از طراحی و ساخت تجهیزات ویژه چاپ زیستی برپایه DLP/DMD و طراحی فرآیندی برای سنتز و ارزیابی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما)، موفق به توسعه یک جوهر ویژه، زیستی حساس به نور مرئی مبتنی بر مواد طبیعی بدن شدند؛ دستاوردی که می تواند گامی مؤثر در توسعه فناوری های مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی باشد.

یکی از چالش های مهم در حوزه چاپ زیستی سه بعدی و مهندسی بافت، توسعه جوهر های زیستی ایمن، زیست سازگار و قابل استفاده برای ساخت بافت های زنده است. در همین راستا، پژوهشی مشترک توسط دکتر محسن حامدی و رامیار حسین زاده در دانشگاه تهران انجام شد که نتایج آن در قالب دو مقاله علمی در مجلات بین المللی منتشر شده است.

این پژوهش با هدف توسعه جوهر های زیستی مبتنی بر مواد طبیعی موجود در بدن انسان انجام شد تا ضمن حفظ زیست سازگاری، امکان استفاده از آنها در کاربرد های پزشکی ترمیمی و مهندسی بافت فراهم شود.

در گام نخست، پژوهشگران به تولید و مشخصه یابی ژلاتین متاکریلوئیل (ژلما) پرداختند؛ زیست ماده ای که امروزه یکی از پرکاربردترین مواد مورد استفاده در چاپ زیستی سه بعدی به شمار می رود. ژلاتین ماده ای مشتق شده از کلاژن است و کلاژن نیز فراوان ترین پروتئین ساختاری بدن انسان بوده و بخش عمده ای از ماتریکس خارج سلولی بسیاری از بافت ها را تشکیل می دهد.

در این مطالعه، فرآیند متاکریلاسیون ژلاتین و اتصال گروه های متاکریلات به ساختار پروتئینی ژلاتین مورد بررسی قرار گرفت. همچنین روش هایی برای کمّی سازی میزان متاکریلاسیون و تعیین دقیق درجه اصلاح شیمیایی ژلاتین توسعه داده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که کنترل و اندازه گیری دقیق درجه متاکریلاسیون نقش مهمی در تنظیم خواص مکانیکی، میزان اتصال عرضی، پایداری ساختاری و عملکرد زیستی هیدروژل های حاصل دارد و می تواند به استانداردسازی تولید ژلما در تحقیقات مهندسی بافت کمک کند.

در ادامه و با بهره گیری از نتایج حاصل از این مرحله، پژوهشگران در گام دوم به توسعه یک جوهر زیستی حساس به نور مرئی پرداختند. در این سامانه، ژلاتین متاکریلوئیل به عنوان ماده پایه و ریبوفلاوین (ویتامین B2) به عنوان آغازگر نوری مورد استفاده قرار گرفت. ریبوفلاوین یکی از ویتامین های طبیعی موجود در بدن انسان است که قابلیت فعال شدن توسط نور آبی در طول موج حدود 450 نانومتر را دارد.

استفاده از نور مرئی به جای تابش فرابنفش، یکی از مزیت های اصلی این پژوهش محسوب می شود؛ زیرا می تواند خطر آسیب به سلول ها و بافت های زنده را کاهش دهد. نتایج آزمایش ها نشان داد که سامانه توسعه یافته قادر است هیدروژل هایی با خواص مکانیکی مناسب، قابلیت چاپ پذیری مطلوب و زیست سازگاری بالا تولید کند.

دکتر حامدی درباره اهمیت این پژوهش گفت: «یکی از اهداف اصلی این مطالعات، توسعه سامانه هایی برای چاپ زیستی بود که تا حد امکان از مواد طبیعی و زیست سازگار بهره ببرند و خطرات روش متداول استفاده از نور فرابنفش را کاهش دهند. ژلاتین مشتق شده از کلاژن و ریبوفلاوین به عنوان یک ویتامین طبیعی و قابل چاپ با نور مرئی، امکان طراحی جوهر های زیستی ایمن تر و کاهش آسیب غشایی سلولی برای کاربرد های مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی را فراهم می کند.»

مهندس حسین زاده پژوهشگر این طرح، نیز اظهار داشت: «این تحقیقات از مرحله سنتز و کمی سازی ژلما آغاز شد و در ادامه به توسعه جوهر زیستی حساس به نور مرئی انجامید. نتایج به دست آمده نشان می دهد که می توان با استفاده از مواد طبیعی موجود در بدن، سامانه هایی با عملکرد مناسب برای چاپ زیستی و بازسازی بافت طراحی کرد که ظرفیت بالایی برای توسعه در کاربرد های پزشکی آینده دارند.»

پژوهشگران معتقدند این دستاورد می تواند زمینه ساز توسعه نسل جدیدی از داربست های زیستی و سازه های چاپ شده سه بعدی برای بازسازی بافت هایی نظیر استخوان، غضروف، پوست و سایر بافت های آسیب دیده باشد.

نتایج این پژوهش ها در قالب دو مقاله علمی در نشریات بین المللی Q1 زیر به ترتیب با ضرایب تأثیر 7.9 و 8 منتشر شده است.

این تحقیقات برای توسعه فناوری های نوین مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی و گسترش کاربرد های چاپ زیستی سه بعدی در درمان بیماری ها و بازسازی بافت های آسیب دیده انجام شده است.