چاپ زیستی سه بعدی داخل بدن انسان با استفاده از ربات نرم جدید امکان پذیر است .
محققان UNSW از دستگاه نمونه اولیه‌ای رونمایی کردند که می‌تواند سلول‌های زنده را مستقیماً روی اندام‌های داخلی چاپ سه‌بعدی کند و به طور بالقوه به عنوان یک ابزار جراحی آندوسکوپی همه کاره استفاده شود.
این چاپگر زیستی سه بعدی کوچک و انعطاف‌پذیر که در UNSW سیدنی توسعه یافته است، توانست مواد مختلفی را با اشکال متفاوت روی سطح کلیه یک خوک چاپ سه‌بعدی کند. عکس از دکتر تانگ دو( Dr Thanh Do)
مهندسان دانشگاه نیوساوث ولز سیدنی (UNSW Sydney) یک بازوی رباتیک نرم کوچک و انعطاف‌پذیر توسعه داده‌اند که می‌تواند برای چاپ سه‌بعدی مواد زیستی مستقیماً روی اندام‌های داخل بدن انسان استفاده شود.
چاپ زیستی سه‌بعدی فرآیندی است که در آن قطعات زیست‌پزشکی از آنچه به عنوان «جوهر زیستی» شناخته می‌شود ساخته می‌شوند تا ساختارهای شبیه بافت طبیعی را ایجاد کنند.
چاپ زیستی عمدتاً برای اهداف تحقیقاتی مانند مهندسی بافت و توسعه داروهای جدید استفاده می‌شود و معمولاً نیاز به استفاده از دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی بزرگ برای تولید ساختارهای سلولی خارج از بدن زنده دارد.
این دستگاه اثبات مفهوم که F3DB نامیده می‌شود، دارای یک سر چرخان بسیار مانورپذیر است که «جوهر زیستی» را چاپ می‌کند و به انتهای یک بازوی رباتیک مار مانند بلند و انعطاف‌پذیر متصل شده است که همه این‌ها را می‌توان از راه دور کنترل کرد.
تیم تحقیقاتی می‌گوید با توسعه بیشتر، و احتمالاً طی پنج تا هفت سال آینده، این فناوری می‌تواند توسط متخصصان پزشکی برای دسترسی به مناطق دور از دسترس داخل بدن از طریق برش‌های کوچک پوستی یا سوراخ‌های طبیعی استفاده شود.
دکتر دو و تیمش دستگاه خود را در یک روده بزرگ مصنوعی آزمایش کرده‌اند و همچنین مواد مختلفی را با اشکال متفاوت روی سطح کلیه یک خوک چاپ سه‌بعدی کرده‌اند.
“تکنیک‌های چاپ زیستی سه‌بعدی موجود نیاز دارند که بیومواد خارج از بدن ساخته شوند و کاشتن آن در یک فرد معمولاً نیاز به جراحی بزرگ باز دارد که خطر عفونت را افزایش می‌دهد.”
چاپگر زیستی سه‌بعدی انعطاف‌پذیر به این معنی است که می‌توان بیومواد را مستقیماً و با روشی کم‌تهاجمی به بافت‌ها یا اندام‌های هدف تحویل داد.
این سیستم پتانسیل بازسازی دقیق زخم‌های سه‌بعدی داخل بدن، مانند آسیب‌های دیواره معده یا آسیب و بیماری داخل روده بزرگ را دارد.
نمونه اولیه قادر است به لطف بدنه انعطاف‌پذیر خود، بیومواد چند لایه با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف را از طریق مناطق محدود و دشوار دسترسی چاپ سه‌بعدی کند.
“این رویکرد همچنین محدودیت‌های قابل توجهی در چاپگرهای زیستی سه‌بعدی موجود مانند عدم تطابق سطح بین بیومواد چاپ سه‌بعدی و بافت‌ها/اندام‌های هدف و همچنین آسیب ساختاری در حین فرآیند حمل و نقل دستی را برطرف می‌کند.”
پروفسور نایجل لاول، رئیس GSBmE و مدیر IHealthE، افزود:
“در حال حاضر، هیچ دستگاه تجاری موجودی وجود ندارد که بتواند چاپ زیستی سه‌بعدی در محل را روی بافت‌ها/اندام‌های داخلی دور از سطح پوست انجام دهد. برخی از دستگاه‌های اثبات مفهوم دیگر ارائه شده‌اند، اما آن‌ها بسیار سفت‌تر و استفاده از آن‌ها در فضاهای پیچیده و محدود داخل بدن دشوارتر است.”
کوچک‌ترین نمونه اولیه F3DB تولید شده توسط تیم UNSW دارای قطر مشابه با آندوسکوپ‌های درمانی تجاری (تقریباً ۱۱-۱۳ میلی‌متر) است که به اندازه کافی کوچک است تا وارد دستگاه گوارش انسان شود.
اما محققان می‌گویند که می‌توان آن را به راحتی برای کاربردهای پزشکی آینده کوچک‌تر کرد.
رباتیک نرم
این دستگاه دارای یک هد چاپ سه محوره است که مستقیماً روی نوک یک بازوی رباتیک نرم نصب شده است. این هد چاپ که از عضلات مصنوعی نرم تشکیل شده است و به آن اجازه می‌دهد در سه جهت حرکت کند، بسیار شبیه به چاپگرهای سه بعدی رومیزی معمولی عمل می‌کند.
بازوی رباتیک نرم به دلیل هیدرولیک می‌تواند خم شود و بچرخد و می‌توان آن را به هر طول مورد نیاز ساخت. سفتی آن را می‌توان با استفاده از انواع مختلف لوله‌های الاستیک و پارچه‌ها به دقت تنظیم کرد.
نازل چاپ را می‌توان برنامه‌ریزی کرد تا اشکال از پیش تعیین شده را چاپ کند یا به صورت دستی کار کرد که در آن چاپ زیستی پیچیده‌تر یا نامشخص‌تر مورد نیاز است. علاوه بر این، تیم از یک کنترل‌کننده مبتنی بر یادگیری ماشینی استفاده کرد که می‌تواند به فرآیند چاپ کمک کند.
برای نشان دادن بیشتر امکان‌پذیری این فناوری، تیم UNSW زنده‌مانی سلول‌های بیومواد زنده را پس از چاپ از طریق سیستم خود آزمایش کردند.
آزمایش ها نشان داد که سلول‌ها ها تحت تأثیر این فرآیند قرار نگرفته اند و اکثر سلول‌های های مشاهده شده پس از چاپ زنده بودند سپس سلول ها در هفت روز آینده رشد کرده اند و تعداد سلول‌ها ها یک هفته پس از چاپ چهار برابر شد .
ابزار جراحی آندوسکوپی همه کاره
تیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که چگونه F3DB می‌تواند به طور بالقوه به عنوان یک ابزار جراحی آندوسکوپی همه کاره برای انجام طیف وسیعی از عملکردها استفاده شود.
آن‌ها می‌گویند این می‌تواند به ویژه در جراحی برای برداشتن برخی از سرطان‌ها، به ویژه سرطان روده بزرگ، از طریق فرآیندی به نام برش زیر مخاطی آندوسکوپی (ESD) مهم باشد.
در سراسر جهان، سرطان روده بزرگ سومین علت شایع مرگ ناشی از سرطان است، اما برداشتن زودهنگام نئوپلازی روده بزرگ منجر به افزایش حداقل ۹۰ درصدی نرخ بقای پنج ساله بیمار می‌شود.
نازل هد چاپ F3DB را می‌توان به عنوان نوعی چاقوی الکتریکی برای ابتدا علامت‌گذاری و سپس بریدن ضایعات سرطانی استفاده کرد.
همچنین می‌توان آب را از طریق نازل هدایت کرد تا همزمان خون و بافت اضافی را از محل تمیز کند، در حالی که می‌توان با چاپ سه‌بعدی فوری بیومواد مستقیماً در حالی که بازوی رباتیک هنوز در جای خود قرار دارد، بهبود سریع‌تر را تقویت کرد.
توانایی انجام چنین رویه‌های چند منظوره بر روی روده خوک نشان داده شد و محققان می‌گویند نتایج نشان می‌دهد که F3DB یک نامزد امیدوارکننده برای توسعه آینده یک ابزار جراحی آندوسکوپی همه کاره است.
“مائی تان تای گفت: “در مقایسه با ابزارهای جراحی آندوسکوپی موجود، F3DB توسعه‌یافته به عنوان یک ابزار آندوسکوپی همه کاره طراحی شده است که از استفاده از ابزارهای قابل تعویض که معمولاً با زمان طولانی‌تر رویه و خطر عفونت همراه هستند، جلوگیری می‌کند.”
مرحله بعدی توسعه این سیستم که به آن یک حق ثبت اختراع موقت اعطا شده است، آزمایش بر روی حیوانات زنده برای نشان دادن کاربرد عملی آن است.
محققان همچنین قصد دارند ویژگی‌های اضافی مانند دوربین یکپارچه و سیستم اسکن بلادرنگ را پیاده‌سازی کنند که توموگرافی سه‌بعدی بافت‌های متحرک داخل بدن را بازسازی می‌کند.
