طباعة الأعضاء بتقنية رباعية الأبعاد
(Getty)
تعمل مجموعة من الباحثين الأميركيين من جامعة هارفارد على تطوير تقنية جديدة مستوحاة من النباتات، لاستخدامها في تصميم مواد "رباعية الأبعاد"، وهي مواد ثلاثية الأبعاد مضاف إليها ميزة واحدة "أن تكون قادرة على تغيير شكلها وحجمها مع مرور الزمن".
عبر هذه التقنية، قد يتم التوصل إلى تصميم أعضاء بشرية خصيصاً لكل مريض، لكن هذه الأبحاث تحتاج إلى سنوات إضافية وهي اليوم لا تزال في مرحلة طباعة الخلايا الإحيائية والأوعية الدموية فقط.
في هذا الإطار، قامت المجموعة البحثية بقيادة جينيفر لويس "بمحاكاة الطبيعة، عبر الاستلهام من الأجسام المعقدة الموجودة في النباتات، وتحديداً تلك الموجودة في الأزهار، والتغيرات التي تطرأ عليها مع الوقت، بغية بناء أجسام رباعية الأبعاد مشابهة لها وقابلة للتمدد والنمو".
على وجه التحديد، أراد الفريق تقليد تركيبة الخلايا النباتية، التي تحتوي على ألياف السيليلوز التي تحدد المدى الحركي للنبتة. فتم مزج ألياف السيليلوز المستخرجة من لب الخشب مع هيدروجيل الأكريلاميد، وهي مادة هلامية تتمدد ما أن تُغمر بالمياه. عندما توضع هذه المواد بدلاً من الحبر في فوهة الطابعات الثلاثية الأبعاد، تصطف الألياف مع المواد الهلامية في سلسلة متصلة لتشكيل الجسم المطلوب، لكن ذلك يعني أن الجسم المطبوع قادر على التمدد بشكل طولي فقط، وليس جانبياً. لذلك، قام الفريق البحثي بتطوير نموذج حسابي يتيح طباعة الأجسام المنحنية والملتوية والمتقاطعة، مستفيداً من قدرة الألياف على الطي والالتواء. وهو يكثف تجاربه من أجل التوصل إلى طباعة جسم رباعي الأبعاد يتمدد بكل الاتجاهات.
لتجربة هذه المواد، طبع الفريق زهرتان مماثلتان عبر طابعة ثلاثية الأبعاد، لكنه قام بطي خمسة من بتلاتها باتجاهات مختلفة، وقد تمددتا بالفعل حسب النموذج الموضوع لهما، وهو ما يعطي أملاً بأن يتمكن الفريق قريباً من استخدام هذه المواد لطباعة خلايا حية تتمدد وتنمو وفقاً للنموذج المطلوب.
وتشرح لويس: "يمكن تحويل هذه المواد الحيوية المتغيرة إلى أحبار تستخدم في الطابعات الثلاثية الأبعاد لطباعة الأوعية والأنسجة، لنحصل بذلك على مجسمات رباعية الأبعاد يمكن استخدامها في تطوير الأعضاء البشرية الصناعية، حتى الآن تم التوصل إلى طباعة بعض الأجزاء الصناعية أو جزء منها على غرار النموذج الأولي لطباعة الأذن الخارجية الذي تم اختباره أخيراً بنجاح"، مضيفة "لكننا نأمل في أن نتمكن من طباعة خلايا وأعضاء رباعية الأبعاد قابلة للتمدد والنمو مع تقدم الانسان في العمر".
يُذكر أنّه في عام 2015 الماضي، تلقى مريض إسباني يبلغ من العمر 54 عامًا، ومصاب بورم في جدار الصدر، عظمة قص وأضلاع مصممة عبر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، في عملية جراحية هي الأولى من نوعها،. وبسبب مرضه، انتشر الورم حول عظمة القص ما أجبر الأطباء على إزالة عظمة القص في البداية، وجزء من القفص الصدري من أجل إجراء العملية وتركيب الأضلاع الصناعية. باستخدام أشعة مقطعية عالية الدقة، تم تصوير الصدر، وقامت الشركة الأسترالية للأجهزة الطبية بطباعة تركيبة دقيقة، لتتركها للفريق الطبي من أجل استخدامها في الجراحة.
اقرأ أيضاً: هل تحلّ التطبيقات الذكيّة محل المحامين؟
عبر هذه التقنية، قد يتم التوصل إلى تصميم أعضاء بشرية خصيصاً لكل مريض، لكن هذه الأبحاث تحتاج إلى سنوات إضافية وهي اليوم لا تزال في مرحلة طباعة الخلايا الإحيائية والأوعية الدموية فقط.
في هذا الإطار، قامت المجموعة البحثية بقيادة جينيفر لويس "بمحاكاة الطبيعة، عبر الاستلهام من الأجسام المعقدة الموجودة في النباتات، وتحديداً تلك الموجودة في الأزهار، والتغيرات التي تطرأ عليها مع الوقت، بغية بناء أجسام رباعية الأبعاد مشابهة لها وقابلة للتمدد والنمو".
على وجه التحديد، أراد الفريق تقليد تركيبة الخلايا النباتية، التي تحتوي على ألياف السيليلوز التي تحدد المدى الحركي للنبتة. فتم مزج ألياف السيليلوز المستخرجة من لب الخشب مع هيدروجيل الأكريلاميد، وهي مادة هلامية تتمدد ما أن تُغمر بالمياه. عندما توضع هذه المواد بدلاً من الحبر في فوهة الطابعات الثلاثية الأبعاد، تصطف الألياف مع المواد الهلامية في سلسلة متصلة لتشكيل الجسم المطلوب، لكن ذلك يعني أن الجسم المطبوع قادر على التمدد بشكل طولي فقط، وليس جانبياً. لذلك، قام الفريق البحثي بتطوير نموذج حسابي يتيح طباعة الأجسام المنحنية والملتوية والمتقاطعة، مستفيداً من قدرة الألياف على الطي والالتواء. وهو يكثف تجاربه من أجل التوصل إلى طباعة جسم رباعي الأبعاد يتمدد بكل الاتجاهات.
لتجربة هذه المواد، طبع الفريق زهرتان مماثلتان عبر طابعة ثلاثية الأبعاد، لكنه قام بطي خمسة من بتلاتها باتجاهات مختلفة، وقد تمددتا بالفعل حسب النموذج الموضوع لهما، وهو ما يعطي أملاً بأن يتمكن الفريق قريباً من استخدام هذه المواد لطباعة خلايا حية تتمدد وتنمو وفقاً للنموذج المطلوب.
وتشرح لويس: "يمكن تحويل هذه المواد الحيوية المتغيرة إلى أحبار تستخدم في الطابعات الثلاثية الأبعاد لطباعة الأوعية والأنسجة، لنحصل بذلك على مجسمات رباعية الأبعاد يمكن استخدامها في تطوير الأعضاء البشرية الصناعية، حتى الآن تم التوصل إلى طباعة بعض الأجزاء الصناعية أو جزء منها على غرار النموذج الأولي لطباعة الأذن الخارجية الذي تم اختباره أخيراً بنجاح"، مضيفة "لكننا نأمل في أن نتمكن من طباعة خلايا وأعضاء رباعية الأبعاد قابلة للتمدد والنمو مع تقدم الانسان في العمر".
يُذكر أنّه في عام 2015 الماضي، تلقى مريض إسباني يبلغ من العمر 54 عامًا، ومصاب بورم في جدار الصدر، عظمة قص وأضلاع مصممة عبر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، في عملية جراحية هي الأولى من نوعها،. وبسبب مرضه، انتشر الورم حول عظمة القص ما أجبر الأطباء على إزالة عظمة القص في البداية، وجزء من القفص الصدري من أجل إجراء العملية وتركيب الأضلاع الصناعية. باستخدام أشعة مقطعية عالية الدقة، تم تصوير الصدر، وقامت الشركة الأسترالية للأجهزة الطبية بطباعة تركيبة دقيقة، لتتركها للفريق الطبي من أجل استخدامها في الجراحة.
اقرأ أيضاً: هل تحلّ التطبيقات الذكيّة محل المحامين؟
