زیست‌چاپ، زیست چاپ سه بعدی یا 3D bioprinting چیست؟ ازکجا آمده و چرا مهم است؟ ارتباط آن با طراحی سه بعدی چیست؟ 

اشتباه نیامدید. اینجا وبلاگ آکادمی آمانج است. بله، این موضوع خیلی تخصصی و خاص است. شاید به نظر برسد مستقیما با آموزش طراحی سه بعدی با بلندر هم مرتبط نیست. اما، کمی صبر کنید و این مطلب را تا آخر بخوانید. احتمالا، نظرتان تغییر می‌کند و متوجه می‌شوید که چرا اگر به 3D دیزاین یا کاربردهای آن در حوزه‌های مختلف علاقه‌مندید، دانستن درباره‌ی بایو پرینتینگ هم برای شما مفید و مهم است. 

تکنولوژی‌های مختلف، حتی آ‌ن‌هایی که مثل طراحی سه بعدی به ظاهر بیشتر در حوزه‌های هنری و سرگرمی کاربرد دارند، راه خود را به صنایع و حوزه‌‌های دیگر باز کردند. علاقه به پزشکی و نجات جان انسان‌ها و طراحی سه بعدی قابل جمع است. اگر پزشک هستید یا مهندس، شاید روزی 3D دیزاین در حرفه و تحقیقاتتان به شما کمک کند.

چاپ زیستی سه بعدی (3D Bioprinting)

تکنولوژی تا کجا زندگی و آینده‌ی ما را تغییر می‌دهد؟ شاید به نظر برسد که تکنولوژی قرار است فقط کارها را راحت‌تر کند. یا تولید کالا را بهینه‌تر کند. اما تاثیرات تکنولوژی در زندگی ما بسیار عمیق‌تر است. تاثیرات بعضی از تکنولوژی‌ها زودتر آشکار می‌شود و تغییراتی ایجاد می‌کنند که ملموس‌تر است. چون آن تغییرات در حوزه‌ی صنعت و اقتصاد و کسب‌وکارهاست. مثلا، هوش مصنوعی و زیرشاخه‌ی مهم آن یعنی ماشین لرنینگ در حوزه‌هایی از جمله بانکداری، بهداشت و درمان، صنعت سینما و سرگرمی، صنایع نظامی و… کاربرد دارند. 

البته، احتمالا، طبیعی به نظر می‌رسد که هوش مصنوعی در حوزه‌های زیادی کاربردی باشد. حال، اگر بخواهیم کاربردهای طراحی سه بعدی را لیست کنیم، فکر می‌کنید به چند مورد برسیم؟ یا چند مورد به ذهن شما می‌رسد؟ ممکن است اول از همه به یاد بازی‌های کامپیوتری سه بعدی بیفتید. بعد، طراحی‌های سه بعدی (مثل آیکون‌های سه بعدی) که در تبلیغات و طراحی رابط کاربر استفاده می‌شوند. و بعد، می‌رسید به پرینترهای سه بعدی. 

همه‌ی آن موارد درست است. اما این را باید بدانید که طراحی سه بعدی در سال‌های اخیر و مخصوصا بعد از پیشرفت‌هایی که در تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی به وجود آمده، کاربردهای جدیدی پیدا کرده است. نگاهی به تاریخچه طراحی سه بعدی روند رو به رشدی را در نقش طراحی سه بعدی و پرینت سه بعدی در حوزه‌های مختلف نشان می‌دهد. گرچه بعضی از آن کاربردها به زمان نیاز دارد تا به نتیجه برسد و افراد بیشتری تاثیر آن‌ها را بفهمند. 

بایو پرینتینگ یا زیست‌چاپ از آن کاربردهای مهم و جالب و جدید است که می‌تواند جان انسان‌های زیادی را نجات دهد. روزی را تصور کنید که دیگر هیچ بیماری که در انتظار پیوند عضو است، نمی‌میرد. چون پزشکان به راحتی می‌توانند عضوی را که نیاز است با استفاده از یک پرینتر سه بعدی، یعنی دستگاه چاپگر زیستی سه بعدی، پرینت بگیرند و به بیمار پیوند بزنند. 

پیوند پرینترهای سه بعدی و مهندسی بافت

البته، کار به این سادگی نیست و هنوز در مراحل ابتدایی است. تکنولوژی بایو پرینتینگ فرآیندی بسیار پیچیده و جدید است. متخصصان علوم پزشکی و زیستی همچنان در حال تحقیق در این زمینه‌اند. هنوز چالش‌های فراوانی باید پشت سر گذاشته شود. شاید روشن کردن دقیق فرآیند و حتی تعریف بایو پرینت برای غیرمتخصصان کمی سخت باشد. درادامه، تلاش می‌شود تا به زبان ساده و غیرتخصصی تصویری کلی از زیست‌ چاپ، اهمیت و کاربردهایش ارائه شود. news-medical.net پرینت زیستی سه بعدی را این طور تعریف کرده است. 

Bioprinting is a method used in tissue engineering that allows the creation of complex biological structures.

 بایو پرینتینگ روشی در مهندسی بافت است که امکان می‌دهد تا ساختارهای بیولوژیکی پیچیده ساخته شود. 

مهندسی بافت (Tissue Engineering) زیرشاخه‌ای از زیست‌فناوری یا بایو تکنولوژی است. تلاش دانشمندان در تخصص مهندسی بافت این است که راهی برای ترمیم‌کردن بافت‌های آسیب‌دیده‌ی ارگان‌های موجودات زنده بیابند. در این راه آن‌ها تلاش می‌کنند تا ساختارهایی از مواد مصنوعی یا طبیعی به نام Scaffold بسازند تا بافت زنده در آن رشد کند و بتواند فرآیندی بیولوژیک را خارج از بدن انسان تقلید کند یا جایگزین بافت آسیب‌دیده در بدن انسان شود. مهندسی بافت تخصصی میان‌رشته‌ای است. چون نیاز دارد از علم مهندسی و علوم زیستی برای یافتن روش‌هایی برای بهبود، نگهداری و جایگزینی بافت‌های بیولوژیک یا حتی ارگان‌ها استفاده کند.  

مزیت زیست‌چاپ سه بعدی

در مهندسی بافت از شیوه‌های مختلفی برای ترمیم و جایگزینی بافت‌ها استفاده می‌شود. چرا پرینتر سه بعدی و طراحی سه بعدی بافت می‌تواند نقشی در مهندسی بافت داشته باشد؟ پرینت سه بعدی چه مزیتی دارد و چه امکانی را به متخصصان می‌دهد؟ 

بافتی که ساخته می‌شود، باید عملکرد همان بافت را در بدن انسان داشته باشد. به همین دلیل، باید تمام جزئیات و پیوندهای درون بافت را بازسازی کرد. نمی‌شود برای پیوند، یک قلب ساخت که نتواند خون را پمپاژ کند. زیست‌چاپ سه بعدی این امکان را به متخصصان می‌دهد که ساختار بافت مورد نظر را با دقت و با جزئیات تمام بسازند.

حالا باید کمی درباره‌ی روش کار پرینترهای سه بعدی بدانیم. اول باید به پرینتر سه بعدی یک طرح سه بعدی داد. یعنی اول باید مدل سه بعدی چیزی که قرار است پرینت گرفته شود با یکی از نرم‌افزارهای 3D دیزاین ساخته شود. بعد نوبت می‌رسد به انتخاب جوهر پرینتر یا ماده‌ای که باید در دستگاه چاپگر قرار داده شود. چاپگرهای سه بعدی با تکنیک‌ها و مواد مختلفی کار می‌کنند. طبیعی است که پرینتر سه‌بعدی که در صنعت ساختمان‌سازی کاربر دارد متفاوت از بایو پرینتر عمل کند.

اما نکته اینجاست که همه‌ی پرینترهای سه بعدی مواد (جوهر) را لایه به لایه روی هم قرار می‌دهند. به همین دلیل است که پرینت سه بعدی را تولید افزایشی (Additive Manufacturing) می‌گویند. در این نوع تولید، مواد دقیقا به اندازه‌‌ و شکلی که باید و براساس طرحی سه بعدی که برای پرینتر تهیه شده است، روی هم قرار می‌گیرند.

پس، در فرآیند پرینت سه بعدی یک بافت، تمام پیچیدگی‌های داخلی آن نیز ساخته می‌شود. چون طرحی سه بعدی از بافت به دستگاه داده می‌شود که براساس تصویر ام آر آی یا سی تی اسکن بیمار تهیه شده است. در زیست‌چاپ از جوهر زیستی (Bioink) استفاده می‌شود. و علاوه بر همه‌ی این‌ها، متخصص بر فرآیند چاپ و جزئیات خروجی نهایی کنترل کامل دارد. 

کاربردهای بیو پرینتینگ

همان طور که اشاره شد، زیست چاپ سه بعدی در آغاز راه است. هنوز مشکلات زیادی بر سر راه دارد. برای نمونه، مشکلاتی که مربوط به مواد بایو پرینت‌اند. بافت یا ارگانی که ساخته می‌شود باید عضوی از بدن موجود زنده شود و به آن آسیبی نرساند. علاوه بر این، بافت یا ارگان پرینت شده زنده نیست. قبل از پیوند، لازم است آن را آماده‌ کنند و مطمئن شوند که قادر است عملکرد بافت یا ارگان را تقلید کند. پس، به موادی نیاز است که هم غیرسمی و ایمن برای بدن انسان باشد و هم کارا (یعنی بشود با آن‌ها بافت‌های زنده را ساخت). 

تحقیقات در جریان است و شیوه‌های مختلفی برای پرینت زیستی سه بعدی در دست آزمایش است. اگر محققان بر مشکلات غلبه کنند، آن وقت است که تقریبا همه‌ی بافت‌ها و اعضای آسیب‌دیده‌ی بدن انسان، از پوست گرفته تا اعصاب، ترمیم‌پذیرند. حتی می‌شود فقط بخش آسیب‌ دیده از یک عضو را جایگزین کرد. مثلا، ممکن است دهلیزهای قلب یک بیمار آسیب‌ دیده باشد. در آن صورت، فقط دهلیزها را پرینت می‌گیرند و به قلب پیوند می‌زنند. همچنین، این امکان وجود دارد که استخوان‌ها و ماهیچه‌ها را نیز پرینت گرفت و پیوند زد. 

کاربرد بسیار مهم دیگر تکنولوژی بیو پرینتینگ در آزمایش کردن دارو‌ها و یافتن درمان برای بیماری‌هاست. وقتی این امکان وجود داشته باشد که یک ارگان را پرینت گرفت و آن ارگان در محیط آزمایشگاه و خارج از بدن انسان کار خودش را انجام دهد، می‌شود اثر دارو و درمان را بر آن ارگان سنجید. شرکت‌های تجاری و تحقیقاتی هم‌اکنون هم در این زمینه فعالیت می‌کنند. یک نمونه از این شرکت‌ها Organovo نام دارد که در سال ۲۰۰۷ تاسیس شده است. 

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

حالا دیگر می‌دانید که 3D دیزاین فقط در ساختن 3D NFT یا انیمیشن‌های محبوب و پرفروش یا سه بعدی کردن عکس‌های فیسبوک کاربرد ندارد. تلاش‌های زیادی در جریان است تا بشود از پرینترهای سه بعدی برای نجات جان انسان‌ها استفاده کرد. تلاش‌هایی که محققان امیدوار هستند روزی به نتیجه برسد و زندگی را برای انسان‌های زیادی بهبود دهد.

امیدوارم نظرتان تغییر کرده باشد و خواندن این مطلب سبب شده باشد که طور دیگری به طراحی سه بعدی نگاه کنید. چون الان می‌دانید که طراحی سه بعدی و پیشرفت در تکنولوژی پرینت سه بعدی برای انسان‌های زیادی امید به ارمغان می‌آورد.