اعضای مختلف بدن مانند کلیه ها، کبد و قلب بافت های بسیار پیچیده ای دارند. هرکدام از این اندام ها متشکل از انواع مختلفی سلول و اجزای دیگری هستند که ساختار اندام را به آن می بخشد و به آن ها اجازه می دهد که وظیفه ی خود را مطابق نیازهای ما انجام دهد.

گویا آی تی – برای آنکه اعضای بدنی که از روش چاپ سه بعدی ساخته می شوند قابلیت کار کردن داشته باشند، باید آنچه را که به طور طبیعی در بدن اتفاق می افتد – از نظر نحوه ی عملکرد و برطرف کردن یک نیاز طبیعی- تقلید کنند. برای مثال، یک کلیه باید مواد زائد را به صورت ادرار جدا کرده و دفع نماید.
آخرین مقاله ای در رابطه با این موضوع منتشر شده است ، تکنیک جدیدی را برای چاپ سه بعدی سلولها و سایر اجزای زیستی به عنوان یک فرآیند تولید یکپارچه نشان می دهد. این روش گامی دیگر به سوی چاپ سه بعدی ساختارهای پیچیده و زنده محسوب می شود.

اما پیوند اعضا، مهمترین نتیجه ای نیست که می توانیم با استفاده از این روش چاپ سه بعدی، به آن دست یابیم.
در حال حاضر شواهدی حاکی از آن وجود دارد که چاپ سه بعدی می تواند در تولید داروها نیز به عنوان یک فناوری سودمند باشد، به طوری که می تواند از آزاد و اذیت وارد شده به جانوران برای آزمایش داروها کم کرده و معرفی درمان های جدید به بازار را ایمنی و سرعت بیشتری ببخشد.

چگونه می توانیم ساختارهای زنده را با چاپ سه بعدی تولید کنیم؟
چاپ سه بعدی ابتدا برای ساخت سریع قطعات صنعتی، با استفاده از روش استریولیتوگرافی و مدلسازی با لایه ی ذوبی (FDM) به وجود آمد.
با افزودن ویژگی “زیستی” (به معنای ساخت سلولها) به تکنیک های چاپ، فرآیند کاملا شکل دیگری به خود می گیرد: چاپ سه بعدی زیستی.
چاپ سه بعدی زیستی به شرایط کاملا استریل نیاز دارد تا از آلوده شدن نمونه ی چاپ شده جلوگیری شود، و باید در دما و رطوبت مناسب انجام شود تا سلول ها زنده بمانند. بعلاوه، در چاپ سه بعدی زیستی، نمی توان از مواد پلاستیکی معمول در چاپ سه بعدی استفاده کرد، چرا که این استفاده از مواد به دماهای بسیار بالا یا حلال های سمی نیاز دارد.
امروزه محققان در سراسر دنیا در حال توسعه و ساخت موادی هستند که قابلیت استفاده در چاپگرهای سه بعدی را داشته باشند، و در عین حال، کمترین آسیب را به سلول ها بزنند.
با این وجود، هر نوع خاص از سلول ها که بافت های مختلف آناتومی بدن انسان را تشکیل می دهند، به محیط مکانیکی ویژه ای نیاز دارند. معمولا هر نوع از این سلول ها برای عملکرد صحیح، به ساختارهای پشتیبانی ویژه ای نیاز دارد.
برای مثال، استخوان ها از سلولهایی محکم و شکننده ساخته شده اند، عضلات قلب ضخیم بوده و در عین حال خاصیت ارتجاعی و الاستیک دارند، و اندام های داخلی مانند کبد دارای بافتی نرم و تراکم پذیر هستند.

در مقاله ای که اخیرا منتشر شده است، دانشمندان نشان داده اند که می توان از مواد جدید به دست آمده از جلبک های دریایی، برای چاپ سه بعدی سلولهای بنیادی انسان در محیط های متمایز استفاده کرد، بدون آنکه آسیبی به سلول ها وارد شود. این یافته ها، راه را برای چاپ ساختارهای پیچیده تر بافت ها هموار خواهد کرد.
امید به ساخت اندام های جدید
در حال حاضر بیمارانی که نیازمند پیوند اعضا هستند، باید در نوبت بمانند تا عضوی برای آن ها فرآهم شود (از افراد زنده یا از دنیا رفته)، و علاوه بر آن لازم است که این بیماران پس از عمل پیوند، تا آخر عمر خود از داروهای تضعیف کننده سیستم ایمنی استفاده کنند، که قطعا عوارض جانبی مختلفی به همراه خواهد داشت و هزینه های هنگفتی را بر دوش سیستم بهداشت و سلامت می گذارد.
ساخت و توسعه ی بافت های زنده با روش چاپ سه بعدی برای پیوند اعضا می تواند راه حلی جدید برای ۱۵۰۰ بیماری باشد که در کشور استرالیا برای دریافت اعضا در نوبت قرار دارند.
اما چاپ اندام ها فرآیندی بسیار پیچیده و دشوار است، و به هفته ها زمان نیاز دارد که ممکن است هر بیماری آن را نداشته باشد.
بعلاوه، درحالی که این فرآیند برای بافت های نسبتا ساده مانند پوست، بسیار پیشرفته است، فاز جدید این فناوری به گنجاندن عصب ها، رگ های خونی و رشته های ارتباطی لنف نیاز دارد تا با بدن میزبان ارتباط برقرار کرده و بتواند اعضای کاملی مانند کلیه، شش، قلب یا کبد را برای پیوند ایجاد کند.
قطعا ما برای تکمیل فناوری چاپ زیستی، با هدف ساخت اندام های کامل و واقعی، به سال ها زمان و میلیون ها دلار هزینه نیاز داریم.
اما کاربرد دیگری نیز برای استفاده از سلول های چاپ شده وجود دارد: آزمایش داروها در آزمایشگاه.

سلول های چاپ شده برای آزمایش داروها
با استفاده از روش های کنونی، معرفی یک داروی جدید به بازار، هزینه ای در حدود ۵/۲ میلیارد دلار دارد، و می تواند از آغاز تا پایان در حدود ده سال طول بکشد.
حتی اگر بتوانید یک داروی جدید را شناسایی کنید، احتمال پذیرش آن توسط موسسات تأیید کننده معمولا بسیار پایین است: در سال ۲۰۱۶، تنها ۱۰ درصد از داروهای جدید کشف شده پذیرفته شدند.

زمانی که آزمایش بالینی داروها روی انسان آغاز می شود، با توجه به نوع مولکول، و بیماریها یا حتی مرگ های رخ داده برای شرکت کنندگان، احتمال آنکه یک دارو بتواند وارد بازار شود چیزی در حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد است.
ما می دانیم که این داروها، علی رغم وعده هایی که در مورد نتایج تضمینی آن ها در ابتدای کار داده می شود، معمولا به دلیل اثر گذاری پایین روی انسان ها ناموفق هستند. این شکاف به دلیل فیزیولوژی متفاوت بین گونه ها اتفاق می افتد: گونه جوندگان و سایر حیواناتی که برای آزمایش داروها استفاده می شوند، تفاوت های اساسی بسیاری با انسان ها دارند.
فناوری چاپ سه بعدی این امکان را در اختیار ما می گذارد که مدل های سه بعدی پیچیده تری را بسازیم که قابلیت بازسازی بخش هایی از بافت های کلیه و کبد و عضلات قلب را برای آزمایش و شناسایی مولکول های جدید داروها داشته باشند. این مدل ها هم اکنون هم توسط کمپانی های دارویی چند ملیتی مورد استفاده قرار می گیرند.
در حالی که استفاده از جانوران در تحقیقات هنوز اجتناب ناپذیر است، سازمان های تنظیم کننده ی غذا و دارو و رئیس آن، به دنبال روش هایی جایگزین برای ارزیابی ایمنی و اثر بخشی دارو ها هستند.

در حال حاضر ایده ی استفاده از بافت های ساخته شده به روش چاپ سه بعدی در بسیاری از نقاط پذیرفته شده است و در کشورهایی مانند استرالیا و سراسر دنیا موسسات مالی بسیاری در این زمینه فعالیت می کنند.

آیا دوران استفاده از حیوانات برای آزمایش داروها رو به اتمام است؟
در سال ۲۰۱۳، اتحادیه ی اروپا قانون جدیدی را در مورد ممنوعیت آزمایش مواد بهداشتی و آرایشی و محصولات آن روی حیوانات تصویب کرد.
این قانون توسعه ی مدل های سه بعدی از پوست را برای آزمایش فرمول های جدید مواد آرایشی و بهداشتی تسریع بخشید. استفاده از این مدل ها مورد قبول واقع شد، زیرا فناوری آن در دسترس بود و کاهش تعداد حیوانانت تحت آزمایش را به دنبال داشت.
قرار است این قانون در کشور استرالیا نیز به اجرا درآید.
تغییرات اعمال شده در صنایع دیگر همراه با پیشرفت های شگفت انگیز فناوری، ما را بهتر متوجه کاربردهایی از فناوری چاپ سه بعدی زیستی خواهند کرد که برای تولید داروهای جدید و موثر، روش های سریعتر و کم هزینه تری را پیش پای ما خواهند گذاشت.