fanavaran
آخرین اخبار
   
    کد خبر : 40833
    تاریخ انتشار : 30 آذر 1392 11:56
    تعداد بازدید : 1237

    چاپگرهای سه بعدی، اهداكنندگان عضو

    سیستم های چاپی جدید با الگوبرداری و تقلید از روی تصاویر رایانه ای، توانایی تولید اجسامی واقعی را پیدا كرده اند؛ از این رو نام چاپگرهای سه بعدی به آنها داده شده است. تولید اجسام با روش چاپ از بزرگ ترین بلندپروازی های انسان محسوب می شد و حالا به مدد تلاش های دانشمندان، نه تنها صنعت چاپ سه بعدی اختراع شده، بلكه با سرعت نیز در حال پیشرفت است و نویدبخش انقلابی عظیم در همه عرصه های زندگی بشر به ویژه در دنیای پزشكی است. سیستم های چاپی نوین به راحتی یك پرینتر كاغذی هر جسمی را بدون نیاز به ماشین آلات سنگین، پرهزینه و زمان گیر تولید می كنند. البته چنین كپی برداری مستلزم یك الگوی تصویری سه بعدی از ساختار مورد نظر است. در مرحله بعدی شبیه سازی، موادی مایع به صورت لایه به لایه روی سطحی ریخته می شود، اما جوهر یا مایع سازنده اشیا در چاپگر، متناسب با تولید در نظر گرفته می شود و ممكن است از موادی مانند آهن، پلاستیك، شكلات یا حتی سلول و كلاژن باشد. در نهایت برای چسبندگی و انسجام مواد از چسب هایی مخصوص و مناسب جنس كالایی كه قرار است تولید شود، استفاده می شود.

    راضیه خوئینی

    اما دستاوردهای این تكنولوژی فقط به چنین مواردی خلاصه نمی‌‌شود. نگاه تیزبین دانشمندان با تجسم كارایی‌های بی ‌شمار چاپ سه بعدی، به فراسوی اشیای ساده نفوذ كرده و آنها را به سوی اهدافی والاتر مانند نجات جان بیماران سوق داده است. محققان بر این باورند كه از به هم پیوستن فناوری‌هاینوین با علوم پزشكی و احیای تجهیزات پزشكی، می‌‌توانند قابلیت‌های درمانی را ارتقا دهند. به همین دلیل است كه هر روز خبرهای داغی را از پیشرفت چاپگرهای سه‌بعدی، در حوزه تولید و شبیه‌سازی اندام‌های انسان می‌‌شنویم.
    استوارت ویلیامز، یكی از مدیران موسسه نوآوری قلب و عروق لوئیزویل در ایالت كنتاكی، از پیشگامان چاپ و تكثیر اندام‌های انسان است. از آنجا كه در كنتاكی ناراحتی‌های قلبی علت بسیاری از مرگ‌ومیرهاست و از هر10 مورد فوتی، 3 نفر به دلیل نارسایی‌های قلبی می‌میرند، ویلیامز انگیزه زیادی برای شبیه‌سازی قلب انسان دارد. وی از چگونگی تلاش‌های دانشمندان در خصوص آفرینش یك قلب تپنده شبیه‌سازی شده می‌‌گوید: طی 10سال آینده با كمك چاپگرهای 3D، قادر خواهیم بود از سلول‌های چربی یا مغز استخوان فرد بیمار، یك قلب همانند قلب واقعی انسان تولید كنیم. وی این فرآیند را نوعی شبیه‌سازی و تهیه ساختاری سه بعدی با استفاده از چاپگرها توصیف كرده است.
    در سال 2007 این موسسه، 2 میلیون دلار كمك هزینه از انستیتو ملی سلامت امریكا، دریافت كرد كه آن را صرف گسترش چاپگرهای خود كرد. همچنین ایجاد شرایط آزمایشگاهی مناسب برای سازماندهی و رشد بافت‌های عروق خونی موش‌های آزمایشگاهی از دیگر كارهایی بود كه روی آن سرمایه‌گذاری كردند. به این‌ترتیب محققان نخستین گام را برداشتند و در ماه‌های اخیر بخشی از قلب موش را با بافت‌ها و مجاری خونی آن بازسازی كردند. البته این موسسه هم‌اكنون توانایی شبیه‌سازی قسمت‌هایی از قلب انسان را دارد، اما هدف اصلی ‌اش، قلبی كامل و تپنده با جزئیات ریز و دقیق است. این كار نیز مستلزم ایجاد پنج بخش شامل دریچه‌ها، رگ‌های كورونری، میكروسیركولاسیون، سلول‌هایانقباضی و سیستم الكتریكی اندام‌هاست. اما تحقق این امر كاری پیچیده است؛ زیرا چاپگرهای فعلی، توانایی ایجاد عروق خونی به اندازه چند میلی متر را دارند؛ بنابراین برای تولید رگ‌های خونی بسیار كوچك كه تنها چند میکرون یا چند هزارم میلی‌مترعرض دارند، چالش‌های فراوانی وجود دارد. در نتیجه این موسسه برای دستیابی به اهدافش در حال توسعه نسل جدیدی از چاپگرهای زیستی سه بعدی با دقت بسیار بالاست.
    از برنامه‌های آینده این موسسه این است كه فقط طی یك ساعت، چربی‌های بیمار قلبی را به وسیله لیپوساكشن، بیرون بیاورند و توسط یك ماشین، سلول‌های زنده چربی‌ها را جدا كرده سپس با استفاده از چسبی مخصوص كه مانند بخیه‌های جراحی در داخل بدن قابلیت حل شدن دارد، سلول‌ها را به هم فشرده و‌تركیب ‌كنند. سپس سلول‌ها را وارد چاپگری زیستی به نام «BioAssembly Tool» كنند و در نهایت ماشین چاپ با ریختن لایه به لایه سلول‌ها روی هم، قلبی كامل را شبیه‌سازی كند؛ طوری ‌كه قابلیت جاسازی در سینه انسان را داشته باشد.
      نخستین چاپگرهای زیستی
    شاید بهره‌گیری از چاپگرهای سه بعدی به تازگی فراگیر شده‌، ولی ویلیامز و دانشمندان دیگر در مركز نوآوری قلب و عروق از سال 1990 در حال تحقیق و مطالعه روی طرح‌ها و برنامه‌های كاربردی علوم پزشكی با این فناوری بوده‌اند.
    ویلیامز كه قبل از ورود به دانشگاه لوئیزویل در سال 2007، در دانشگاه آریزونا مشغول كارهای تحقیقاتی بوده، از آن دوران بیان می‌‌كند كه وزارت دفاع آمریکا برای تولید نوعی غدد لنفاوی، مبلغی را به تیم‌اش پرداخت كرده بود. هدف از تولید این نوع غدد لنفاوی نیز بالا بردن قدرت دفاعی در برابر حملات احتمالی بیوتروریسم‌ بوده است. بیوتروریسم به انتشار عمدی عوامل  بیولوژیک مانند باکتری‌ها٬ ویروس‌ها یا سموم با هدف نسل‌كشی می‌گویند.
    از این رو تیم ویلیامز در سال 2001 به منظور تولید این غدد لنفاوی با صرف هزینه‌ای حدود 400هزار دلار، چاپگری سه بعدی به نام BioAssembly Tool یا BAT (وسیله مونتاژ زیستی) ساخت. در واقع آنها با افزودن قطعات خاص به یك پرینتر معمولی كه زیاد هم تجملی و گران نبود، وسیله‌ای كاربردی طراحی كردند.
    ویلیامز به خاطر طراحی ویژه‌اش روی این پرینتر در سال 2003 موفق به دریافت جایزه R&D100 (اسكار نوآوری و اختراعات) شد، نتیجه طراحی وی نیز ایجاد یك چاپگر زیستی به ارزش 30 میلیون دلار است.
    پیش‌تر از این نیز دانشمندان در مطالعات ژنتیكی، برای چاپ بخش‌هایی از DNA از یك چاپگر معمولی استفاده ‌كرده بودند. این انگیزه‌ای شد تا یك مهندس زیستی به نام توماس بولاند با این استدلال كه اگر یك چاپگر جوهرافشان می‌‌تواند ژن‌ها را چاپ كند، پس سخت‌افزاری مشابه نیز می‌‌تواند قابلیت چاپ مواد زیستی دیگر را داشته باشد. بنابراین شروع به آزمایش‌هایی كرد. بولاند با آگاهی از اینكه كوچك‌ترین سلول‌های انسان حدود 10میكرومتر و به اندازه ذرات استاندارد جوهر هستند، روی پرینتری معمولی شروع به آزمایش كرد. وی كارتریج یك چاپگر جوهرافشان معمولی را كاملا خالی كرد بعد آن را با كلاژن انباشته كرد، سپس یك ورق سیلیكونی سیاه و نازك را روی كاغذی سفید چسباند و آن را داخل پرینتر گذاشت. پس از آن یک فایل Word را روی كامپیوترش باز كرد و حروف اول اسم خود را تایپ كرد و دكمه پرینت را فشرد. در نهایت وی موفق به یک چاپ زیستی دوبعدی شد؛ زیرا روی كاغذی كه از پرینترش بیرون آمد حروف «TB» از جنس پروتئین‌های سفید كاملا نمایان بود. در عین حال محققان و مهندسانی دیگر نیز در حال تحقیق روی چاپگرها و ارتقای كاربری آنها از چاپ 2بعدی به سه بعدی بودند. آنها با ایجاد تغییرات در چاپگرهای جوهرافشان موفق شدند مكانی سم دوبعدی پرینترها را كه شامل چاپ روی كاغذ بود، حذف كرده و به جایش از پلت‌فرمی‌آسانسوری استفاده كردند. این پلت‌فرم آسانسوری كه با موتورهای خاص كار می‌‌كرد در طول یك محور Zمانند، به سمت بالا و پایین حركت می‌‌كرد و با این عمل یک لایه‌ از سلول‌ها چاپ می‌‌شدند و برای لایه‌های بعدی باید این عمل تكرار می‌‌شد تا یک جسم دارای حجم تشكیل شود. در حقیقت این نوآوری از نظر محققان یك معجزه برای ایجاد ساختاری زنده و اندام‌های واقعی برای انسان به شمار می‌‌آید.
      موفقیت‌های حاصل از چاپگرهای سه بعدی
    بسیاری از دانشمندان از سراسر دنیا همچنان در حال تلاش برای بهره‌گیری از امكانات چاپگرهای سه بعدی در زمینه شبیه‌سازی و تکثیر اندام‌های انسان هستند و موفقیت‌های بسیاری را نیز حاصل كرده‌اند كه می‌‌توان به تکثیر اندام‌هایی مانند كلیه، گوش، انواع استخوان، پروتزها، مفاصل، بافت‌های گوناگون پوست و دریچه قلب در شرایط آزمایشگاهی اشاره كرد. تاكنون نیز نمونه‌هایی فراوان از اندام‌های انسان چاپ شده است كه بیشتر در طرح‌های آموزشی تشریح و عمل‌های جراحی كاربرد دارد.
    از كاربردهای مهمی‌كه این فناوری داشته است، می‌‌توان به موفقیت محققان دانشگاه میشیگان در خصوص نجات جان كودكی كه از مشكلات تنفسی و نارسایی در برونش و نای رنج می‌‌برد، اشاره كرد. پزشكان از نای و نایچه‌های این كودك بیمار سی ‌تی ‌اسكن كردند و با توجه به نارسایی موجود، تصویر و مدلی رایانه‌ای ارائه دادند، سپس به وسیله چاپگری سه‌بعدی یك‌تراشه مناسب تکثیر كردند و در ریه كودك قرار دادند.
    همچنین پزشكان كالج پزشكی كورنل ویل و مهندسان زیست پزشكی دانشگاه كورنل در نیویورك اعلام كردند كه با استفاده از یك چاپگر سه بعدی و ژل‌های تزریقی كه از سلول‌های بنیادی استخراج كرده‌اند، موفق به تكثیر و تولید گوش انسان شده‌اند و گفته می‌‌شود كه این قطعه چاپی، مانند یك گوش واقعی عمل می‌‌كند. از طرفی، محققان دانشگاه علوم و تکنولوژی هواژونگ چین نیز موفق به تولید نمونه‌های مینیاتوری کلیه شده‌اند كه مشابه کلیه واقعی عمل می‌‌كند و در صورت چاپ مدلی بزرگ‌تر می‌‌تواند در بدن بیماران كلیوی جایگزین شده و وظایف كلیه واقعی را به طور دقیق انجام دهد.
    موسسه ویك فارست، نیز یك مركز احیای علم پزشكی در كارولینای شمالی است كه دانشمندانش موفق به دریافت جایزه نوآوری در شبیه‌سازی اعضا شده‌اند. آنتونی آتالاتا كه مدیر این موسسه است، شبیه‌سازی اعضای زنده برای بیماران را بسیار اجرایی‌تر از روش‌های دیگر دانسته و هدف نهایی خود را كاهش بیماران نیازمند به عضو می‌‌داند.  به هر حال محققان نسبت به این فناوری بسیار خوش‌بین هستند و معتقدند كه در آینده‌ای نه چندان دور می‌‌توان در عرض چند ساعت، اندام‌هایی را به طور خصوصی و سفارشی برای افراد نیازمند به عضو تولید كرد و در بدنشان قرار داد. در صورت اجرایی شدن این فرایند، خطرات گوناگون حاصل از پیوند عضو اعم از خطر ناسازگاری بافت عضو اهداشده با بدن بیمار و پس زدن عضو پیوندی یا مشكل همیشگی كمبود عضو، كاهش می‌‌یابد. البته هنوز موانع زیادی از قبیل گستردگی و پیچیدگی شبكه‌های خونی، بر سر راه دانشمندان وجود دارد و هرچند این راه طولانی به نظر می‌‌آید ولی نتایج بسیار امیدوار كننده هستند.


    نظر شما



    نمایش غیر عمومی
    تصویر امنیتی :