معرفی دستگاه: پرینت ۳D ( چاپ زیستی ۳ بعدی )

پرینت سه بعدی روشی است که در ان از تکنیک هایی برای تولید مدل های سه بعدی طی فرآیندی مرحله به مرحله و تحت کنترل کامپیوتر استفاده می شود. اصطلاح ۳d printing  در مقالات و رسانه های اصلی زمانی استفاده می شود که از تکنیک های نمونه سازی سریع(RP) استفاده شود. در واقع ۳d printing به یک تکنولوژی RP بر پایه جوهرافشانی اشاره دارد و از مزایای استفاده از روش پرینت سه بعدی در مهندسی بافت امکان ایجاد داربست های سه بعدی با کنترلی دقیق می باشد.علاوه بر این، ساخت این داربست ها با این هندسه پیچیده تنها با مدل سازی اطلاعات به دست امده با روش های مختلفی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) یا اسکن کامپیوتری (CT) امکان پذیر است.نزدیک به ۲۰ روش مختلف از تکنولوژی پرینت سه بعدی در رشته زیست پزشکی کاربرد داشته است  ولی همه ی آن ها برای تولید هیدروژل ها مناسب نبوده اند.برای مروری گسترده بر نمونه سازی با هیدروژل ها می توانید مقاله ای که اخیرا توسط Billiet et al منتشر شده است را مطالعه کنید.

به طور خلاصه پرینت سه بعدی هیدروژل ها را می توان به سه روش عمده تقسیم کرد: بسته به محرک هایی که برای کمک به فرایند چاپ و رسوب مواد استفاده می شوند ۱)بر پایه لیزر ۲)بر پایه نازل ۳)بر پایه ی پرینتر های جوهر افشان

علیرغم تفاوت در مکانیسم رسوب گذاری مواد در تکنیک های مختلف،دستگاه رایج در همه ی آن ها حاوی یک مخزن هیدروژل است که ماده از آن به یک سیستم تخلیه و سکوی جمع آوری منتقل می شود. در پرینتر های بر پایه نازل و جوهرافشان مواد به طور متوالی رسوب می کنند در حالی که در پرینترهای بر پایه لیزر ماده ای که از قبل به ان انرژی نور در الگوهای خاص از پیش تعریف شده تابیده شده،فوتوپلیمریزه می شود.سیستم هایی بر پایه نازل یا اکستروژن شامل یک فرایند توزیع سه بعدی است که در آن هیدروژل داخل نازل اکسترود می شود و به وسیله هوای فشرده یا پیستون/پیچ دوار هدایت می شود.سیگنال های الکتریکی برای کنترل تخلیه قطرات و یا جهت دهی به دنباله ای از قطرات استفاده می شوند.این تکنیک های معمول پرینت سه بعدی برای پرینت داربست های سه بعدی عاری از سلول در جراحی استفاده می شوند.در سال های اخیر تکنولوژی پرینت سه بعدی در مهندسی بافت عمومیت یافته است به طوری که قابلیت ساخت داربست های سه بعدی حاوی مواد زیستی،سلول ها و سایر مواد بیوشیمیایی را در یک ساختار مشابه دارد.اصول کار چاپ زیستی سه بعدی مشابه تکنیک های معمول چاپ سه بعدی است.تنها تفاوت اصلی این دو رسوب هیدروژل ها همراه با واحد های کوچکی از سلول هاست.

شکل بالا تصویربرداری از تکنیک های چاپ سه بعدی بر اساس مکانیزم مورد استفاده برای کمک به رسوب جوهر و اجزای اصلی آن،شکل سمت چپ: bioinkبیوپرینترbioinkهای جوهرافشان برای ساخت داربست ها قطرات کوچکی از سلول ها و هیدروژل را به طور متوالی از خود خارج می کنند. شکل وسط:بیوپرینترهای بر پایه لیزر از لیزر برای خروج موضعی قطرات از داخل یک نوار پوشیده شده با جوهر استفاده می کنند. شکل سمت راست:بیوپرینتر هایی بر پایه اکستروژن از فشارهای مکانیکی برای اکسترود کردن مداوم جوهر از داخل یک نازل استفاده می کنند.

جوهر هیدروژل مورد استفاده در روش های تولید چاپ سه بعدی می تواند فرمولاسیونی از هیدروژل های تزریقی و هیدروژل هایی با قابلیت برش باریک باشد زیرا بعد از عبور از زیر فشارهای کم باید سریعا تشکیل ژل دهند و پس از ساخت،شکل خود را حفظ کنند. زمانی که در فرایند پرینت، جوهر های هیدروژل حاوی سلول ها یا مواد شیمیایی هستند به ان ها bioink گفته می شود. جهت تهیه جوهر هیدروژل برای چاپ سه بعدی ابتدا یک محلول پلیمری تهیه می شود که بلافاصله پس از چاپ یک شبکه متصل ایجاد میکند. شبکه چاپ شده می تواند در پاسخ به محرک های خارجی (مانند دما،نور و غلظت یون ها)به صورت فیزیکی یا شیمیایی به حالت cross-link شده یا متقاطع در بیاید. توسعه این جوهر های هیدروژل مناسب برای چاپ( چه از نظر ساخت چه کشت سلولی )یک چالش باقی مانده است. در حالی که هیدروژل های سفت حاوی غلظت بالای پلیمر برای  ایجاد یک شکل مناسب و بهینه مورد نیاز هستند،این شبکه های بسیار متراکم مهاجرت، رشد و تمایز سلول ها را محدود می کنند. برعکس، سلول ها در هیدروژل های نرم بهتر رشد می کنند، اما برای حفظ شکل مورد نظر مناسب نیستند زیرا حاوی مقادیر زیادی آب هستند .انطباق شکل و حفظ کردن ان ممکن است خواص زیستی و نتایج بالینی ساختار های چاپ شده را سازگار کند. بنابراین علی رغم پیشرفت های حاصل شده در تکنولوژی پرینت سه بعدی که به محققان اجازه طراحی و ساخت ساختارهای پیچیده را می دهد،فقدان bioink مناسب برای مهندسی بافت منجر به محدود شدن پیشرفت در این زمینه و کاربرد بالینی آن شده است.در ابتدا تکنولوژی پرینت سه بعدی از پلیمرهای خالص استفاده میکرده است که با پیشرفت این تکنولوژی،ترکیبات هیدروژل جدید برای چاپ سه بعدی با هدف افزیش و بهبود خواص ان ها مانند چاپ پذیری،مکانیکی و فعالیت آن ها به طور فزاینده ای در حال گسترش است.

منبع: /https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6414880

مترجم: فائزه خوب بخت