الطابعات ثلاثية الأبعاد .. تمكن العلماء من صناعة مواد تشبه العظام وأوعية دموية

الطابعات ثلاثية الأبعاد .. تعد بعصر جديد في صناعة أعضاء بشرية في المختبرات
من بين مجالات البحوث الطبية الحالية الواعدة ببزوغ عصر جديد في الطب، مجال صناعة الأعضاء البشرية في المختبرات، التي ستقلل من وقت الانتظار الطويل لدى عدد كبير من المرضى المحتاجين إلى زراعة أعضاء بشرية، وبخاصة القلب والكلية والكبد والبنكرياس.

ففي السنوات القليلة الماضية استطاع الباحثون تصنيع مثانة ومجرى بول وقصبة هوائية زرعت في مرضى خلال تجارب سريرية، وتعد تقنية الطابعات ثلاثية الأبعاد من بين الأساليب الواعدة في تصنيع مزيد من الأعضاء البشرية خلال السنوات القليلة المقبلة.

ففي 29 نوفمبر (تشرين الثاني) الماضي أعلنت جامعة ولاية واشنطن الأميركية عن تمكن باحثين بالجامعة، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، من تصنيع مواد وهياكل تشبه العظام، يمكن استخدامها في إجراءات تقويم العظام والأسنان، والعمل على نقل الأدوية لعلاج مرض ترقق أو هشاشة العظام الذي يزيد بتقدم العمر، ويتصف بنقص كتلة وكثافة العظام (كمية العظم العضوية البروتينية التي تحفظ للعظم هيئته ومرونته، وغير العضوية كعنصر الكالسيوم التي تعطي للعظام القوة والصلابة)، وقد نشرت الدراسة في عدد نوفمبر الماضي من مجلة مواد طب الأسنان (Dental Materials)، وتم تمويلها من خلال منحة بمبلغ 1.5 مليون دولار من معاهد الصحة الوطنية الأميركية.

والمواد والهياكل العظمية الصناعية الجديدة تقترن بالعظام الطبيعية الأصلية، وتكون بمثابة سقالة أو منصة لتنمو عليها عظام جديدة، وتذوب وتتحلل السقالة تماما في نهاية المطاف، ومن دون أي آثار سلبية واضحة، تاركة العظام الجديدة. ويؤكد الفريق البحثي أن التجارب المعملية التي أجريت على الفئران والأرانب تعتبر واعدة، حيث حققت نجاحا ملموسا.

تقول البروفسورة بوز سوسميتا، المؤلفة المشاركة في الدراسة والأستاذة بكلية الهندسة الميكانيكية والمواد بجامعة ولاية واشنطن، إنه «سوف يصبح بإمكان الأطباء في غضون سنوات قليلة مقبلة وضع طلبية للحصول على أنسجة عظمية بديلة».

وأضافت بأنه «إذا كان لدى الطبيب صورة لعضو متضرر باستخدام تقنية (التصوير المقطعي المحوسب - computed tomography)، فيمكننا تحويلها إلى ملف تصميمي لهذا العضو باستخدام تقنية (التصميم بمساعدة الكومبيوتر - computer - aided design)، وذلك لتصميم سقالة طبقا لهذا العضو».

والتصوير المقطعي المحوسب هو إحدى تقنيات التصوير الطبي، التي تجمع بين الأشعة السينية أو أشعة إكس (X - ray)، وتقنية الكومبيوتر. وتستخدم لتكوين صورة ثلاثية الأبعاد لأعضاء الجسم الداخلية، تتميز بدقة عالية الوضوح والتفاصيل.

أما تقنية التصوير بمساعدة الكومبيوتر،، فهي تكنولوجيا حديثة نسبيا، تعتمد على الكومبيوتر في الرسم والتصميم، وتجمع بين الذكاء الصناعي ومعالجة الصور الرقمية والصور بالأشعة، وتتميز هذه التقنية بدقة المنتج النهائي للنماذج التي يتم رسمها وتصميمها، وكذلك التنوع ما بين الرسومات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد التي تنتجها.

ويقول الفريق البحثي إن المادة العظمية الجديدة قد تم تطويرها على مدى 4 سنوات، من خلال جهود متضافرة من تخصصات علمية متداخلة، تضمنت علوم الكيمياء والمواد والبيولوجيا (علم الأحياء) والتصنيع.

والاكتشاف الجديد هو أنه بإضافة السيلكون وأكسيد الزنك إلى بودرة السيراميك (مادة فوسفات الكالسيوم) الأساسية في هذه الدراسة، قد ضاعف من قوة المادة العظمية الجديدة.

ولتصنيع أشكال السقالات طوّع الفريق البحثي طابعة صممت في الأصل لإنتاج مواد معدنية ثلاثية الأبعاد، حيث تقوم الطابعة برش غطاء بلاستيكي على حبيبات مسحوق بودرة السيراميك الرئيسية، وذلك على شكل طبقات يصل سمك كل منها نصف عرض شعرة الإنسان، وتكرر هذه العملية طبقة بعد أخرى، حتى تكتمل السقالة، وبعدها يتم تجفيفها وتنظيفها، ثم توضع في فرن لمدة ساعتين، عند درجة حرارة 1250 مئوية.

والطباعة ثلاثية الأبعاد (3D printing) تعتبر من التكنولوجيات الحديثة الواعدة، وهي شكل من أشكال الإنتاج الصناعي، يتم الطباعة فيها بناء على خطوات متلاحقة، وتستخدم فيها مساحيق ناعمة، ويتم استخدامها لطباعة طبقة فوق الأخرى لإنتاج نماذج أو أشكال ثلاثية الأبعاد تحاكي وبشكل دقيق النماذج الأصلية.

والطابعات ثلاثية الأبعاد (3D printers)، أسرع وأسهل استخداما، فمن خلالها يمكن طباعة وتجميع أجزاء مكونة من مواد مختلفة بخصائص ميكانيكية وفيزيائية معينة وفي عملية بناء واحدة، وفيها يمكن بسهولة إعادة التصميم أو إدخال تعديلات عليه من خلال تغيير في نموذج التصميم على الكومبيوتر بدلا من تغيير القطع أو الأدوات.

وتبشر الطابعات ثلاثية الأبعاد بآفاق واعدة في الطب، فقد تكون بديلا لانتظار المرضى طويلا للحصول على أعضاء والخضوع لعمليات جراحية لزراعتها، حيث يمكن من خلالها تصنيع أعضاء بشرية في المختبرات أو إصلاح وتعويض الأعضاء التالفة أو المريضة، ومن دون رفض الجسم لها، والتي تتم من خلال عدة خطوات، تتضمن أولا عمل صورة ثلاثية الأبعاد للعضو المراد نسخه لتحديد حجم وشكل وسعة الفراغ الذي سيزرع فيه، ثم يتم إدراج هذه الصورة إلى طابعة فريدة ثلاثية الأبعاد نافثة للحبر تحتوي على حبر خاص جدا مكون من خلايا حية ومواد ومحاليل طبيعية وكيميائية لازمة لتنمية خلايا العضو المطلوب، وتقوم الطابعة بطباعة طبقات متتالية رقيقة بعضها فوق بعض، حتى يتم إنتاج العضو ثلاثي الأبعاد.

ويذكر أنه في ديسمبر (كانون الأول) من عام 2009 كانت قد أعلنت كل من شركة «أورغانوفو» (Organovo) في سان دياغو بولاية كاليفورنيا الأميركية، المتخصصة في طب التجديد، وشركة «إنفتيك» (Invetech) في مدينة ملبورن الأسترالية، المتخصصة في هندسة الآليات، عن تطوير وتصنيع أول طابعة حيوية (بيولوجية) تجارية ثلاثية الأبعاد (3D Bio - printer)، لإنتاج الأنسجة والأعضاء البشرية الصالحة لاستبدال الأعضاء التالفة والمصابة في أجسام المرضى.

وقال الدكتور كيث ميرفي، رئيس مجلس الإدارة والرئيس التنفيذي لشركة «أورغانوفو»، إن هذه الطابعة الحيوية تستخدم في البداية في الأغراض البحثية، حيث يمكنها إنتاج أنواع من الأنسجة البشرية البسيطة مثل الجلد والعضلات وبعض الشرايين والأوردة الدموية. وتوقع ميرفي أن تتمكن هذه الطابعة في غضون السنوات القليلة المقبلة من إنتاج أوعية دموية متشعبة للاستخدام الفعلي في العمليات الجراحية المعقدة وعمليات القلب المفتوح. ففي المستقبل ستكون الطابعة قادرة على طباعة أعضاء أكثر تعقيدا مثل القلب والكبد، يمكن استخدامها في عمليات زراعة الأعضاء لإنقاذ حياة من يحتاجون إليها.

ويقول البروفسور غابور فورغاكس، أستاذ الفيزياء الحيوية والمتخصص في طباعة الأعضاء والطباعة الحيوية بجامعة ميسوري في كولومبيا، والمؤسس المشارك وكبير الموظفين العلميين لشركة «أورغانوفو»، المصنعة للطابعة الحيوية التي تستند على بحث منشور لفريق بحثي بقيادته في مارس (آذار) من عام 2008 بمجلة هندسة الأنسجة، إن «الطابعة الحيوية تمثل خطوة أولى مهمة نحو تصنيع أعضاء بشرية في المختبرات، فسوف يشهد المستقبل إمكانية صناعة مختلف الأعضاء بواسطة هذه الطابعة، التي قد لا تختلف في تركيبها وشكلها وكفاءتها عن الأعضاء الأصلية، وطباعة أعضاء معقدة تحتاج إلى مزيد من البحث والوقت، لكن طباعة أجزاء منها قد تحقق بالفعل، والأعضاء المطبوعة قد لا تكون بالضرورة معقدة في تركيبها، فيمكن تصنيع كلية بتركيب بسيط وتقوم في الوقت نفسه بجميع وظائف الكلية الطبيعية».

يذكر أنه في ديسمبر من العام الماضي تمكنت شركة «أورغانوفو» من تصنيع أول أوعية دموية مطبوعة حيويا باستخدام خلايا تم تنميتها في المعمل من شخص واحد، كما تمكنت الشركة أيضا وبنجاح من زراعة عصب في الفئران تم طباعته بالطابعة الحيوية. وتتوقع الشركة أن تتم تجارب على أنسجة بشرية مطبوعة حيويا بحلول عام 2015.

وفي سبتمبر (أيلول) الماضي أعلن باحثون من معهد فراونهوفر للهندسة البينية والبيوتكنولوجي بألمانيا عن تمكنهم من تصنيع أوعية دموية صغيرة تتسم بالمرونة والتمدد والتفاعل مع الأنسجة الطبيعية، وذلك باستخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد والبلمرة متعددة الفوتونات (multiphoton polymerization)، التي تنطوي على إطلاق نبضات قصيرة وأشعة ليزر عالية الكثافة على المادة، لتحفيز الجزيئات بقوة ليتفاعل بعضها مع بعض مكونة سلاسل طويلة.

وقد عرضت نتائج هذه الدراسة في المعرض الألماني الرائد «بيوتكنيكا» (Biotechnica)، في هانوفر في الفترة من 11 - 13 أكتوبر (تشرين الأول) الماضي، الذي نظمته شركة «دويتشه ميسه» بهانوفر، ويعقد كل خريف حول كل ما يدور حول الاتجاهات الحديثة في مجال التكنولوجيا الحيوية، وتجمع موضوعاته ومؤتمراته المرافقة بين مختلف البحوث العلمية والعلوم التطبيقية في مجالات الطب والزراعة وحماية البيئة.

وعلى الرغم من أن طباعة الأعضاء البشرية تعد من الاتجاهات الحديثة، فإن تنمية أعضاء بشرية من العدم على سقالات قد تم بالفعل بنجاح. ففي أبريل (نيسان) من عام 2006 أعلن فريق بحثي بقيادة البروفسور الأميركي العالمي الشهير أنطوني عطا الله، مدير معهد طب التجديد في جامعة ويك فورست بمدينة وينستون - سالم بولاية كارولينا الشمالية الأميركية، وطبيب وجراح المسالك البولية والمتخصص في هندسة الأنسجة والأعضاء وزراعتها، الذي أجرت معه صحيفة «الشرق الأوسط» حوارا في عدد 28 مارس من العام الماضي، عن تمكنه من صناعة وزراعة مثانة كاملة النمو تم أخذ المواد الأولية اللازمة لإنتاجها من نفس أنسجة المريض، وتم زراعتها في 7 مرضى ولا تزال تعمل حتى الآن.

وتقوم هذه العملية على أساس استخدام عينة صغيرة من أنسجة المثانة للمريض نفسه، حتى لا يرفض الجهاز المناعي العضو المزروع، ثم تنمية خلايا المثانة لتكاثرها وإنتاج أعداد كبيرة منها، من خلال غمرها في محاليل ومواد خاصة تضمن تغذيتها، ثم يقوم الباحثون بتصميم منصات أو سقالات بأشكال وأحجام مناسبة لكل مريض، من خلال إجراء تصوير بالأشعة بتقنية التصوير المقطعي المحوسب ذي خاصية التصوير ثلاثية الأبعاد، لتحديد أحجام وأشكال وسعة الفراغات التي ستزرع فيها المثانات الجديدة والمناسبة لكل مريض، ثم يتم وضع طبقات الخلايا المصنعة على هذه المنصات لتنمو وتشكل في النهاية المثانة في شكل ثلاثي الأبعاد. وتستغرق عملية تنمية خلايا المثانة في المختبرات من 6 إلى 8 أسابيع قبل أن تكون على استعداد لوضعها في جسم المريض.

يقول البروفسور عطا الله إن هناك 4 أنواع من الأعضاء والخلايا التي يتم تنميتها وتطويرها في المختبرات، وفقا لطبيعتها ونوعيتها، هي خلايا الجلد التي تعتبر أقل تعقيدا، والأجهزة الوعائية مثل الأوعية الدموية، والأعضاء المجوفة مثل المثانة والمعدة، والأعضاء الصلبة وهي أكثرها صعوبة على الإطلاق مثل القلب والكبد والكلية. وتتم عملية نسخ خلايا العضو المراد تنميته باستخدام أساليب وتقنيات عالية الجودة، يستخدم فيها أجهزة حديثة متطورة.

بإمكانكم الاتصال بالدكتور انس عبد الرحمن أخصائي زراعة الأسنان وتركيب أبتسامة هوليود

عبر الواتساب  للأستفسار حول علاج الأسنان في مركز أسنانك الدولي في اسطنبول

 أنقر هنا ليتم الاتصال المباشر مع الدكتور انس عبد الرحمن أخصائي زراعة وتركيب اسنان أو إنسخ رقم الموبايل

00905355709310

للأتصال به عبر الموبايل أو الأيمو

كما بإمكانكم الأشتراك في قناة الدكتور أنس عبد الرحمن  ليصلكم كل شي جديد