ما هي الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد
3D- Bioprinting هو شكل من أشكال التصنيع الإضافي الذي يستخدم الخلايا والمواد الأخرى المتوافقة حيويًا مثل “الأحبار”، والمعروفة أيضًا باسم bio-inks، لطباعة الهياكل الحية طبقة تلو الأخرى والتي تحاكي سلوك أنظمة الحياة الطبيعية. فما هي الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد؟
يمكن استخدام الهياكل المطبوعة بيولوجيًا، مثل عضو على رقاقة، لدراسة وظائف جسم الإنسان خارج الجسم (في المختبر)، في صورة ثلاثية الأبعاد. تشبه هندسة الهيكل المطبوع بيولوجيًا ثلاثي الأبعاد شكل النظام البيولوجي الذي يحدث بشكل طبيعي. و هو أفضل من دراسة في المختبر يتم إجراؤها في محور ثنائي الأبعاد، ويمكن أن تكون أكثر صلة من الناحية البيولوجية. يتم استخدامه بشكل شائع في مجالات هندسة الأنسجة والهندسة الحيوية وعلوم المواد. كما يتم استخدام الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد بشكل متزايد لتطوير المستحضرات الصيدلانية والتحقق من صحة الأدوية.
وسيتم استخدامها في المستقبل للتطبيقات الطبية في البيئات السريرية. كمثال ترقيع الجلد المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد. كما أن لها دوراً واعداً في ترقيع العظام، والغرسات، والأجهزة الطبية الحيوية، وحتى الأعضاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد الكاملة كلها مواضيع نشطة لبحوث الطباعة الحيوية.
كيف تعمل الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد؟
تبدأ الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد بنموذج الهيك، والذي يتم إعادة إنشائه طبقة تلو الأخرى من رابط حيوي إما مختلط بالخلايا الحية، أو مزروع بالخلايا بعد اكتمال الطباعة. يمكن أن تأتي نماذج البدء هذه من أي مكان – فحص التصوير المقطعي المحوسب أو التصوير بالرنين المغناطيسي. كما يمكن استخدام برنامج التصميم الذي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر، أو ملف تم تنزيله من الإنترنت.
يتم بعد ذلك إدخال ملف النموذج ثلاثي الأبعاد هذا في جهاز تقطيع. وهو نوع متخصص من برامج الكمبيوتر التي تحلل هندسة النموذج وتنتج سلسلة من الطبقات الرقيقة أو الشرائح. وهذه بدورها تشكل شكل النموذج الأصلي عند تكديسها عموديًا. تعد Cura و Slic3r أمثلة على أدوات التقطيع المستخدمة بشكل شائع في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
بمجرد تقطيع النموذج إلى شرائح، يتم تحويل الشرائح إلى بيانات مسار، يتم تخزينها كملف g-code. بعدها يمكن إرسالها إلى طابعة بيولوجية ثلاثية الأبعاد للطباعة. تتبع الطابعة الحيوية التعليمات الواردة في ملف g-code بالترتيب. بما في ذلك تعليمات للتحكم في درجة حرارة الطارد، وضغط البثق، ودرجة حرارة لوحة القاعدة، وكثافة وتردد الارتباط المتشابك، وبالطبع مسار الحركة ثلاثية الأبعاد الذي تم إنشاؤه بواسطة آلة التقطيع. بعدها بمجرد اكتمال جميع أوامر g-code، تتم الطباعة ويمكن زراعتها أو زرعها بالخلايا كجزء من دراسة حيوية.
لماذا تعتبر الطباعة الحيوية مهمه؟
يوجد أكثر من 120.000 شخص في الولايات المتحدة وحدها على قوائم انتظار زراعة الأعضاء. كما يعاني آخرون من مشاكل مزمنة بسبب الآثار الضارة طويلة المدى لتثبيط المناعة بعد الزرع. هناك حاجة كبيرة ومتنامية لبديل لقائمة انتظار زراعة الأعضاء. لقد نجح المجتمع العلمي بالفعل في الجمع بين فرق متعددة التخصصات من الباحثين والأطباء والمهندسين لمواجهة أكبر التحديات التي تواجه صحة الإنسان. لذلك الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد هي أداة جديدة مثيرة.
لتطوير المستحضرات الصيدلانية، توفر الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد وسيلة لاختبار الأدوية بشكل أسرع. كما توفرها بتكلفة أقل، وذات صلة بيولوجية أفضل بالبشر من التجارب على الحيوانات.
في مجال الأجهزة الطبية الحيوية، أتاحت الطباعة البيولوجية ثلاثية الأبعاد تطويرات جديدة .من الأمثلة عليها دعامات السكر لمساعدة الجراحين على ربط الأوردة بمضاعفات أقل ، وأنظمة تحسين توصيل الأدوية، وأمور أخرى.
مع تطور الطباعة الحيوية، سيصبح من الممكن استخدام خلايا المريض الخاصة للطباعة ثلاثية الأبعاد. ويمكن تطبيقها على الجلد وترقيع العظام، وبقع الأعضاء، وحتى الأعضاء البديلة الكاملة.
يستمر الطب المخصص والتجديدي في الازدياد في شعبيته، وستوفر الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد للأطباء والباحثين الأدوات اللازمة لاستهداف العلاجات بشكل أفضل وتحسين نتائج المرضى.
