تمت كتابة وترجمة وتدقيق هذا المقال بدعم سخي من شركة (Humabiologics Inc) وبإشراف الدكتور لؤي الزعبي
تعد أمراض القلب والأوعية الدموية السبب الرئيسي للوفيات في جميع أنحاء العالم، حيث تتسبب فيما يقرب من 18 مليون حالة وفاة كل عام، وفقًا لمنظمة الصحة العالمية. في السنوات الأخيرة، نظر العلماء إلى العلاجات التجديدية – بما في ذلك تلك التي تستخدم الأنسجة الحيوية المطبوعة ثلاثية الأبعاد – لإصلاح الأضرار التي لحقت بعضلة القلب وإستعادة وظيفة ضخ الدم بشكل مناسب لباقي أنحاء الجسم.
بفضل التقدم في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، طبق المهندسون تقنيات الطباعة الحيوية المتطورة لإنشاء سقالات وأنسجة قلبية يمكن، بمجرد زرعها، أن تتكامل بسرعة مع الأنسجة الأصلية في الجسم. بينما يمكن للطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد إنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد مصنوعة من الخلايا الحية، فإن المنتج النهائي ثابت – لا يمكن أن ينمو أو يتغير إستجابة للتغيرات والمحفزات في بيئته المحيطة.
الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد
على العكس من ذلك، في الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد يكون الوقت هو البعد الرابع المضاف للأبعاد المكانية الثلاث. يطبق المهندسون إستراتيجيات الطباعة رباعية الأبعاد لإنشاء تركيبات/سقالات باستخدام مواد طبية متوافقة حيويا مع جسم الإنسان (أي لا تهيج جهاز المناعة) أو خلايا متجاوبة يمكنها النمو أو حتى تغيير وظائفها (التكاثر، الهجرة، التمايز، أو الموت المبرمج) بمرور الوقت واستجابة لبيئتها. يمكن أن تغير هذه التقنية قواعد اللعبة بالنسبة لصحة الإنسان، خاصة في طب الأطفال، حيث يمكن أن تنمو التركيبات/السقالات المطبوعة رباعية الأبعاد وتتغير مع تقدم الأطفال في العمر، مما يلغي الحاجة إلى إجراء عمليات جراحية مستقبلية لإستبدال الأنسجة أو السقالات المزروعة التي لا يمكن لها النمو مع مرور الوقت.
لكن، تقنية الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد لا تزال حديثة العهد. يتمثل أحد التحديات الحاسمة التي تؤثر على المجال في عدم وجود الحبر الحيوي المناسب للطباعة رباعية الأبعاد. الحبر الحيوي هو مادة هلامية متوافقة حيويا مع جسم الإنسان تستخدم لإنتاج أنسجة حية مُهندَسة باستخدام تقنية الطباعة. يتم إفراز الحبر الحيوي على شكل طبقات فوق بعضها البعض لتشكل السقالة التي ستلتصق عليها الخلايا الحية لتعيش وتتكاثر. الحبر الحيوي المطلوب للطباعة رباعية الأبعاد لا يلبي متطلبات الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد فحسب، بل أيضا يمتلك قدرات ذكية وديناميكية لتنظيم سلوك الخلايا والإستجابة للتغيرات في البيئة أينما تم زرعها في الجسم.
٥٥٠ ألف دولار لدراسة وتطوير الطباعة الحيوية رباعية الأبحاث في علاج أمراض القلب والأوعية الدموية
وإدراكًا لذلك، يعمل باحثون في جامعة جورج واشنطن وكلية الهندسة بجامعة ميريلاند معًا لإلقاء ضوء جديد على هذا المجال الواعد. حصل البروفيسور إلياجي جريس زانج، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة جورج واشنطن، وأستاذ الهندسة الحيوية ورئيس قسم الهندسة الحيوية في جامعة ماريلاند البرفسور جون فيشر على منحة مشتركة بقيمة ٥٥٠ ألف دولار أمريكي من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية لدراسة تقنية الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد للتركيبات الذكية الممكن إستخدامها في علاج أنسجة القلب والأوعية الدموية التالفة.
هدفهم الرئيسي هو تصميم أحبار حيوية ذكية (قابلة للتفاعل مع البيئة المحيطة) جديدة وقابلة لإعادة البرمجة (قابلة للنمو وتغيير الحجم) يمكنها إنشاء تركيبات رباعية الأبعاد ديناميكية قادرة على إصلاح والتحكم في الخلايا العضلية التي يتكون منها القلب لضخ الدم في جميع أنحاء الجسم بالشكل المطلوب. تعتبر الخلايا العضلية التي يعملون معها، وهي خلايا جذعية متعددة القدرات (يمكنها التمايز إلى أكثر من نوع من الخلايا)، مصدرًا واعدًا للخلايا التي يمكن لها تجديد أنسجة عضلة القلب والأوعية الدموية.
في هذا البحث الممول من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية، تعتبر الأحبار الحيوية والبنى/السقالات رباعية الأبعاد المصنعة بها “قابلة لإعادة البرمجة”. أي أنه يمكن التحكم بها عن طريق محفزات خارجية. في هذه الدراسة، يتم التحكم بالبنى/السقالات المصنعة عن طريق الأحبار الحيوية الجديدة عن طريق الضوء، حيث يمكن للبنى/السقالات التقلص والاستطالة عند تحفيزها بنفس الطريقة التي تتمدد وتنقبض خلايا عضلة القلب الأصلية مع كل نبضة للقلب.
الطباعة رباعية الأبعاد والأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء
سيستخدم الثنائي البحثي ضوء الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء ذي الطول الموجي الطويل ليكون بمثابة المحفز الذي يدفع الهياكل/السقالات رباعية الأبعاد إلى العمل. على عكس الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي، يمكن لضوء الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل أن يخترق بفعالية الهياكل المطبوعة بيولوجيًا دون التسبب في ضرر للخلايا المحيطة.
يقول الدكتور زانج: “إن الطباعة الحيية رباعية الأبعاد هي الان في طليعة مجالات الطباعة الحيوية”. “سيؤدي هذا البحث المشترك إلى توسيع فهمنا الأساسي لتطور وعمل الخلايا الجذعية المناسبة لإعادة بناء عضلة القلب في بيئة دقيقة ديناميكية لتطبيقات علاج أمراض القلب والأوعية الدموية. نحن نتطلع إلى تعاون مثمر بين مختبراتنا في السنوات القادمة”.
من جهته قال البروفيسور فيشر: “نحن مسرورون للعمل مع الدكتورة زانج وفريق مختبرها لمواصلة تطوير أحبار حيوية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد والرباعية الأبعاد”. “نحن على ثقة من أن فريق البحث المشترك سيواصل تسليط الضوء على إستراتيجيات الطباعة الحيوية الغير مستغلة، خاصة فيما يتعلق ببيولوجيا وإستخدامات الخلايا الجذعية.”
من الآن فصاعدًا، يأمل الدكتورة زانج والبروفيسور فيشر في تطبيق تقنية الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد الخاصة بهم في مزيد من الدراسات الخاصة في التفاعلات الأساسية بين الهياكل/السقالات رباعية الأبعاد وسلوكيات خلايا عضلة القلب.
يضيف البروفيسور فيشر: “إن مفهوم الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد بحد ذاته جديد جدًا لدرجة أنه يفتح مجالات في هندسة الأنسجة لم يتم تخيلها إلا من قبل القليل من العلماء والمهندسين”. “في حين أن العلماء والمهندسين لديهم الكثير من العمل في تطوير هذه التقنية، يمكن للنسيج رباعي الأبعاد المطبوع بيولوجيًا أن يغير يومًا ما كيفية تعاملنا مع أمراض القلب لدى الأطفال، أو حتى تمهيد الطريق لإيجاد بدائل عن الحاجة للتبرع بالأعضاء من قبل المتبرعين.”
هل ترغب في إكمال دراساتك العليا في مجال الطباعة الحيوية رباعية الأبعاد
تجدر الإشارة إلى أن الدكتورة زانج تقود معمل الهندسة الحيوية لطب النانو وهندسة الأنسجة الحيوية في جامعة جورج واشنطن. في جامعة ماريلاند، يقود البروفيسور فيشر مركز هندسة الأنسجة المعقدة، وهو مركز بحثي مشترك بين جامعة ماريلاند وجامعة رايس ومعهد ويك فورست للطب التجديدي. فيشر هو أيضًا الباحث الرئيسي ومدير مختبر هندسة الأنسجة والمواد الحيوية، الموجود داخل قسم الهندسة الحيوية في جامعة ماريلاند.
إذا كنت من المتخصصين في الفيزياء والأشعة تحت الحمراء ولديك شغف لمجالات الرعاية الصحية، أو كنت من المتخصصين في الهندسة الطبية الحيوية أو الهندسة الحيوية، العمل في هذا المجال أو إكمال الدراسات العليا فيه فرص كبيرة. الطباعة الثلاثية هي مستقبل الصناعة ناهيك عن أهمية الطباعة الحيوية في مجالات الرعاية الصحية. الطباعة رباعية الأبعاد ستمثل ثورة في مجال الطب التعويضي وهندسة الأنسجة. هل لديك سؤال أو إستفسار عن محتوى هذا المقال؟ لا تتردد في التسجيل في منتديات الموقع وطرح أسئلتك و إستفساراتك. نحب أن نسمع رأيك في محتوى هذا المقال.
أيضا لا تتردد في مشاركة المقال مع من تعتقد أنه سيستفيد من محتوى هذا المقال على وسائل التواصل الإجتماعي.
المراجع:
4D Printing Smart Constructs for the Heart
للحصول على محتوى طبي مشابه
للحصول على محتوى طبي لمدونتك الإلكترونية ذو جودة عالية لا تتردد ب الاتصال معنا أو يمكنك شراء خدماتنا من أي مكان حول العالم من خلال زيارة حسابنا على موقع فايفر!
يمكنك أيضا مراسلتنا على البريد الإلكتروني info@medcontx.com
لدعم كتابة أو ترجمة محتوى مشابه
لدعم كتابة أو ترجمة محتوى مشابه وإضافة إسمك كراعي على المقال لا تتردد ب الاتصال معنا اليوم! دعمك هو دعم للغة العربية ودعم لكتاب شباب ودعم للقراء بمحتوى موثوق وعالي الجودة! تكلفة رعاية المقال المترجم تبدأ ب خمسة دولارات فقط!
لتعلم كتابة محتوى طبي تقني عالي الجودة باللغة العربية
لتعلم كتابة محتوى طبي تقني عالي الجودة باللغة العربية والإضطلاع على مواد تدريب وتأهيل لتصبح(ي) كاتب(ة) طبي(ة)، بادر(ي) بالتسجيل اليوم في الموقع والمشاركة في وتصفح منتدى “كتابة محتوى طبي باللغة العربية” على الرابط التالي (منتدى ميدكونتكس)