پژوهشگران "دانشگاه هاروارد" در بررسی جدیدی تلاش کرده اند تا با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، روشی را برای ترمیم قلب آسیب دیده ارائه دهند.
به گزارش ایسنا به نقل از فوربس، قلب مصنوعی، بخشی از یک مجموعه گسترده در حوزه پزشکی ترمیمی است. پزشکی ترمیمی، هر روش پزشکی است که وقتی در اثر بیماری، تروما یا در بدو تولد آسیب ببینیم یا در اثر گذشت زمان فرسوده شویم، ما را به سلامتی عادی برمی گرداند.
بیماری قلبی تقریباً ۸۲.۶ میلیون نفر را فقط در آمریکا تحت تأثیر قرار می دهد و علت اصلی مرگ و میر بسياري از مردان و زنان است. یک راه حل برای کسانی که از نارسایی قلبی (Heart failure) پیشرفته رنج می برند، پیوند قلب است اما در حال حاضر، جهان با کمبود قلب اهدایی روبرو است. دانشمندان تلاش کرده اند تا قلب مصنوعی بسازند یا از قلب خوک به جای قلب انسان برای پیوند استفاده کنند. با وجود این، روش های کنونی تولید قلب مصنوعی معمولا ناموفق هستند و استفاده از اندام خوک برای پیوند میتواند به بروز عفونت های جدّي منجر شود.
جمعی از پژوهشگران "دانشگاه هاروارد" (Harvard University) سعی دارند با استفاده از روشی جدید و ابتکاری برای پرورش قلب مصنوعی، به مقابله با این مشکل بپردازند. آن ها با ابداع یک ساختار مصنوعی و کاشت سلول های قلب توانستند سلول های قلب را در الگویی پرورش دهند که سازمان دهی طبیعی عضلات قلب را تقلید کند. این پژوهش، یک گام مهم برای ابداع قلب های مصنوعی کاملاً کاربردی به شمار می رود.
قلب عمدتا از عضلاتی ساخته شده است که به شکل مارپیچ چیده شده اند. زمانی که قلب منقبض می شود، عضلات مارپیچی آن در یک حرکت چرخشی درگیر می شوند تا خون را از قلب خارج کنند. پیش بینی می شود که این الگوی مارپیچ، یکی از ویژگی های مهم قلب های سالم و کارآمد باشد. بسیاری از افرادی که از اختلال عملکرد قلب رنج می برند، یک الگوی عضلانی غیرطبیعی را نشان می دهند.
در گذشته، پژوهش های بسیاری تلاش کردند تا با استفاده از چاپگرهای سه بعدی، قلب های مصنوعی دارای الگوهای مارپیچ را ارائه دهند ولی این پژوهش ها تا اندازه زیادی ناموفق بوده اند زیرا چاپگرهای سه بعدی نمی توانند طی یک مدت زمان معین، به جزئیات ساختار قلب دست یابند. به طورمثال، یک چاپگر سه بعدی ممکن است به سال ها زمان نیاز داشته باشد تا یک مؤلفه کوچک از ساختار قلب را با جزئیات کافی در الگوهای درست چاپ کند.
پژوهشگران دانشگاه هاروارد با آگاهی از اینکه یک چاپگر سه بعدی ساده، محدودیت های قابل توجهی دارد، به یک روش متفاوت روی آوردند. روش متفاوت آن ها، "فیبرریسی" (Fiber- spinning) نام دارد. فیبرریسی، روشی است که موادی مشابه مواد مورد استفاده چاپگرهای سه بعدی را به کار می برد ولی میتواند ساختارهای بسیار ظریف تری را با وضوح بالا تولید کند.
اگرچه فیبرریسی میتواند ساختارهایی با وضوح بسیار بالا ایجاد کند اما روش های سنتی فیبرریسی اغلب دقیق نیستند و نمی توانند الگوهای مارپیچ ثابت قلب را تشکیل دهند. این موضوع موجب شد که پژوهشگران دانشگاه هاروارد، روش جدیدی را برای فیبرریسی ابداع کنند که نه تنها به آن ها امکان می دهد ساختار سه بعدی قلب را در مقیاس میکروسکوپی بوجود آورند، بلکه به اندازه کافی دقیق است که الگوی مارپیچ قلب را تشکیل دهد.
پژوهشگران، یک دستگاه فیبرریسی جدید را با دو ویژگی طراحی اصلی ابداع کردند. نخست اینکه دستگاه به جای ارائه ساده مواد در یک جهت، حاوی یک سیستم ریسنده است که با سرعت بالا می چرخد. هنگامی که مواد گرم شده به درون دستگاه رانده میشوند، الیاف از سوراخ کوچکی که در کنار ریسنده قرار دارد، بیرون می روند.
دومین کار پژوهشگران، ایجاد یک جریان قوی از هوا در بالای شبکه ریسنده بود که می تواند الیاف را بگونه ای تنظیم کند که به خطوط عضلات شبیه باشند. بدین ترتیب، پژوهشگران میتوانند الیاف را در یک زاویه جمع کنند و در نهایت، الگوهای مارپیچ عضله قلب را به وجود آورند.
پژوهشگران با استفاده از این روش توانستند قالب های سه بعدی مشابه بطن قلب انسان را بسازند. زمانی که سلول های قلب انسان در این قالب ها کاشته شدند، بافت های حاصل توانستند الگوی مارپیچ قالب ها را حفظ کنند.
پژوهشگران با کمال تعجب مشاهده کردند که بین سه تا پنج روز پس از پرورش سلول های قلب در قالب های سه بعدی، انقباضات خودبه خود ایجاد شدند که مشابه فعالیت طبیعی قلب انسان بود. این موضوع نشان داد که بطن های این مدل را میتوان برای بررسی تأثیر الگوی عضلانی بر عملکرد قلب استفاده کرد.
این پژوهش نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در توانایی پژوهشگران برای ایجاد یک قلب مصنوعی کاملاً کاربردی است. اگرچه برای تبدیل کردن بطن های این مدل عملکردی به مدل قلب در مقیاس کامل باید کار بیشتری انجام شود اما این پژوهش، استفاده از روش های نوآورانه فیبرریسی را برای تشکیل کل اندام های پیچیده بدن نوید می دهد.
- 14
- 2
