האם אנחנו בדרך למהפכה בהדפסת תלת-ממד ביולוגית? חוקרים באוניברסיטת מלבורן פיתחו שיטה המאפשרת להדפיס ברזולוציה ובמהירות גבוהות רקמות אנושיות. הפיתוח החדשני מסוגל לייצר מגוון רחב של רקמות, החל מרקמת מוח ועד לחומרים קשים יותר כמו סחוס ועצם.
כיום הדפסת תלת ממד ביולוגית היא תהליך איטי ועדין. במהלך ההדפסה התאים מונחים שכבה אחר שכבה – שיטה שעלולה לפגוע בתאים ולהגביל את מורכבות המבנים. "בנוסף לשיפור דרסטי במהירות ההדפסה, הגישה שלנו מאפשרת את מיקום התאים בתוך הרקמות המודפסות. מיקום שגוי של תאים הוא סיבה משמעותית לכך שרוב מדפסות ה-3D הביולוגיות נכשלות בייצור מבנים שמייצגים במדויק רקמות אנושיות" - כך אומר פרופ' דייוויד קולינס, מנהל מעבדת קולינס ביו-מיקרוסיסטמס באוניברסיטת מלבורן.
"בדיוק כמו שלרכב דרושים רכיבים מכניים שממוקמים בדיוק לפעולה תקינה, כך גם התאים ברקמות שלנו חייבים להיות מאורגנים בצורה נכונה. המדפסות הנוכחיות תלויות בכך שהתאים יסתדרו בצורה טבעית ללא הכוונה, מה שיוצר מגבלות משמעותיות," הוסיף קולינס.
איך זה עובד?
הפופולריות של הדפסת תלת-ממד נסקה במהלך העשור האחרון, עם אינספור שיטות חדשות שמאפשרות לחוקרים וחובבים כאחד להפוך את העיצובים שלהם למוצרים פיזיים תוך כמה שעות בלבד - מהר בהרבה מהימים או השבועות שזה היה אורך בעבר.
השינוי זה היה מהפכני גם עבור ביולוגים, ופתח את הדלת ליצירת מבנים תלת-ממדיים מורכבים המחקים את הרקמות והאיברים בגופנו. פירוש הדבר שכעת מדענים יכולים להתקדם מעבר לתרביות תאים דו-ממדיות בסיסיות ששלטו במחקר הביולוגי במשך עשורים.
רוב המדפסות הביולוגיות משתמשות במזרק המכיל תערובת של תאים וביו-פולימרים (שרשרת מולקולות שיוצרת מצע דמוי ג'לי המאפשר גידול תאים חיים). ההזרקה המדורגת יוצרת שכבות של מבנה תלת-ממדי שמחקה רקמות ביולוגיות, כמו עצם, סחוס ואפילו רקמת מוח.
המבנים נבנים בתהליך איטי, שלב אחר שלב, מה שיכול להזיק לתאים ולפגוע במבנים העדינים במהלך תהליך ההדפסה - וזו שיטה שלוקחת זמן רב. לאחר ההדפסה, צריך להעביר את התוצר בזהירות למגשי המעבדה, מה שעלול לפגוע בשלמותו.
בנוסף, אחד האתגרים העיקריים של הדפסה ביולוגית הוא לעבוד עם תאים חיים, הדורשים איזון מדויק של חומרים מזינים, אותות כימיים ותנאים סביבתיים כדי לגדול לרקמות המורכבות הנמצאות בגופנו.
מה חדשני בפיתוח האוסטרלי?
הצוות באוניברסיטת מלבורן פיתח שיטה חדשה המאפשרת להדפיס אובייקטים ישירות לתוך סביבה נוזלית - טכניקה מהירה בהרבה ומתאימה יותר לייצור רקמות עדינות. אחת היתרונות המרכזיים של השיטה שפותחה הוא הדילוג על השלב הבעייתי של ניתוק האובייקט שהודפס מהמשטח – דבר חשוב במיוחד כאשר מבקשים להדפיס רקמות רגישות כמו מוח או שומן גוף.
בהדפסה החדשנית נוצרת בועה מתחת לפולימר הנוזלי, כלומר האובייקט המודפס נתמך על ידי הנוזל הסובב אותו. לדברי החוקרים, פירוש הדבר הוא שניתן להדפיס מבנים מורכבים תוך עשרות שניות, מהירות גדולה פי כמה מאות משיטות אחרות.
הצוות האוסטרלי בחר להשתמש בגלי קול כדי להרטיט את אותה בועה – ליצור "גלים" על פני השטח שלה, בדומה למה שקורה כשמשליכים אבנים לאגם. עם שליטה מדויקת בגלים האלה, אפשר ליצור שדות לחץ המנחים תאים למערכים תלת-ממדיים ספציפיים במהלך תהליך ההדפסה.
הצוות במלבורן מצהיר כי הטכנולוגיה זו מאפשרת להם ליצור עותקים מדויקים מאוד של רקמות אנושיות, עד לרמת התא הבודד. הטכניקה החדשה מעלה את שיעורי הישרדות התאים על ידי הפחתת זמן ההדפסה וביטול הצורך בתהליך העברה עדין.
התאמה אישית לכל מטופל
בעוד איברים מודפסים בתלת-ממד עדיין נשמעים עתידניים, אנו מתקרבים לחידושים שיכולים לשפר דרסטית את הדרך שבה אנו מפתחים תרופות חדשות ומטפלים במחלות. עם ההתקדמות לעבר מודלי רקמה מתוחכמים יותר, המופקים מתאים אנושיים, יש את הפוטנציאל להפחית את התלות בניסויים על חיות. בנוסף, החיקוי הזה של רקמות אנושיות מאפשר למחקרים לחזות טוב יותר כיצד תרופות יפעלו בגוף האדם.
למעשה, זה לא רק ישפר את בטיחות ויעילות התרופות, אלא גם יאיץ את פיתוחן. זה גם אומר שהגישה הנוכחית של "וואן סייז" לטיפול במחלות עשויה להפוך מיושנת בקרוב. במקום זאת, החוקרים שואפים לעתיד שבו יתאפשר לקחת תאים ממטופל עם סרטן, למשל, וליצור מאות דגמים מוקטנים של המחלה שלו תוך דקות ספורות.
אותו דגם יוכל לעבור מגוון של טיפולים פוטנציאלים כדי לזהות את האפשרות היעילה ביותר - כל זה לפני שהמטופל אפילו מקבל מנה אחת של תרופה או טיפול. ואכן, הצוות במלבורן עתיד לשתף פעולה עם מרכז לחקר הסרטן – ולבחון אם התיאוריות יכולות לגעת במציאות.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו