اریک گاتنهولم برای اولین بار بیوپرینتر سه بعدی ( پرینت اعضای بدن ) را در سال 2015 مشاهده کرد. پدرش که پروفسور شیمی و بیوپلیمر شناس در دانشگاه تکنولوژیک گوتنبرگ بود برای دپارتمان خود یکی از این دستگاهها را خریداری کرد و در حدود 200000 دلار برای آن هزینه کرد. در آن زمان پدرِ اریک گاتنهولم به وی گفته: “این دستگاه میتواند اعضای بدن را پرینت بکند” و اریمک در جواب گفته بود “احمقانه است و امکان ندارد”. پس از این موضوع پدرش یک غضروف پرینت کرد، درست بود که آن غضروف نبود ولی میتوانست باشد! این همان لحظه بود که اریک فکر کرد پرینت اعضای بدن کار جالبی است.
اریک گاتنهولم که مدت‌ها بود صاحب یک پرینتر سه بعدی بود تصمیم گرفت کاری در زمینه پرینت اعضای بدن یا همان بایوپرینت انجام دهد. گاتنهولم اولین شرکت بیوتکنولوژی خود را در سن 18 سالگی به ثبت رسانید. وی به این نتیجه رسید که اگر این دستگاه بتواند اعضای بدن را پرینت بکند میتواند تحولی در دنیای پزشکی ایجاد کند.
کمبود جدی اعضای بدن مورد نیاز برای پیوند به بیماران در سطح جهانی وجود دارد. برای مثال در انگلستان بیماری که نیازمند کلیه است بایستی 944 روز صبر کند تا یک کلیه از موسسه پزشکی NHS دریافت کند. این زمان نزدیک به دو و نیم سال است. آمار مشابی برای کبد، ریه و دیگر اعضای بدن وجود دارد. نبود اعضای بدن علت اصلی مرگ و میر در ایالات متحده آمریکا محسوب میشود. در حدود 900000 مورد مرگ در یک سال یا به عبارتی یک سوم مرگ و میر در کل آمریکا. باید گفت درخواست اعضای بدن برای پیوند به بیماران پایان ناپذیر است.
پدر اریک گاتنهولم وی را به دو دانشجو معرفی کرد یکی از آنها هکتور مارتینز بود، دانشجویی که در پروژه‌ی دکترای خود بر روی مهندسی بافت بیولوژیک کار کرده بود و دومی دانشجویی به اسم ایوان تورنیِر بود که در پروژه‌ی طوفان مغزی درگیر بود. گانتهولم میگوید : “ما دنبال کسب یکسری تجربه بودیم”.
Cellink در ژانویه 2016 متولد شد. در پرینت اعضای بدن (Bioprinting) گاتنهولم و مارتینز اولین بیواینک (Bioink) استاندارد شده را گسترش داده و به بازار عرضه کردند. این بیواینک از آلژینات نانوسلولوز که از نوعی جلبک دریایی تهیه شده بود ساخته شده است.
ساخت بیواینک دستاوردی قابل توجه بود به طوریکه باعث شد شرکت جایزه‌های زیادی در زمینه نوآوری و کارآفرینی دریافت کند. ده ماه بعد گاتنهولم به بازار سهام راه یافت. پیشنهاد اولیه 1070 درصد بود.
نحوه کار این پرینترهای اعضای بدن شبیه به پرینترهای سه بعدی معمولیست، در ابتدا نیاز به یک مدل سه بعدی داریم. این مدل سه بعدی در نرم‌افزارهای طراحی سه بعدی طراحی میشود. سپس پرینتر لایه به لایه این طرح را پرینت می‌کند. ولی با این تفاوت که این بار به جای پرینت جواهرات یا مجسمه یا قطعه‌ای از ماشین، بافت زنده پرینت میشود.
در ابتدا شاید منظور از پرینت بافت‌های زنده بیشتر به معنی پرینت پوست یا عضروف بود زیرا بافت نسبتاً ساده‌ای دارند و قابل رشد در خارج از بدن هستند. در نهایت پیشروان این صنعت معتقدند آنها می‌توانند ارگان‌های پیچیده‌ی بدن نظیر قلب و کبد را تولید کنند. و سپس می‌توان از آن برای پیوند به یک بیمار مورد استفاده قرار داد.
دانشمندان و شرکت‌های تجاری شدیداً روی این پروژه در حال کار هستند. ارگانوو مستقر در ساندیگو پرینت‌های موفقی از قسمتهایی از ریه، کلیه و عضلات قلب داشته است. آنها در سال 2015 همکاری با شرکت لوازم آرایشی اِل اوریل (L’Oreal) برای تامین پوست پرینت شده داشته‌اند. در نهایت هدف تمام این پروژه‌ها ریشه کن کردن نیاز به آزمایش‌های حیوانی است.
اِل اوریل در حال سرمایه‌گذاری بسیار زیاد در زمینه پرینت اعضای بدن است. در سپتامبر سال قبل این شرکت اعلام کرد با یک استارت آپ فرانسوی به نام پوییِتیس (Poietis) در حال کار است. هدف از این همکاری تولید فولیکولهای مصنوعی مو است. انجام این کار بسیار سخت و پیچیده است زیرا در هر فولیکولِ مو بیش از 15 نوع سلول وجود دارد که برای تولید این نوع فولیکول‌ها مراحل کلینیکی تولید فیبر و تحریک نیاز است که بایستی در ویترو تحریک شوند.
بسیاری از افراد در سطح جهان تلاش کرده و شکست خورده‌اند ولی ال اوریل و پوییِتس با آرامش خاطر فکر میکنند که در حال دست یافتن به این تکنولوژی هستند. نکنته‌ی کلیدیِ موفقیت آنها پرینتری است که پوییِتیس ساخته است. فابین گیلمونت رئیس استارت آپِ پوییِتس میگوید: “اغلب بیوپرینترها بیواینک را از یک نازل رد میکنند. ولی آنها از یک لیزر برای رد کردن یک به یک سلول‌ها از نازل و اکسترود کردن آنها بدون آسیب رساندن به سلول‌ها استفاده میکنند. سرعت اکسترود این دستگاهها 10000 سلول در ثانیه است. شیوه‌ی کار آنها نسبتا ساده و شبیه به پرینترهای جوهرافشان است.”
پوییِتیس این نوع پرینت را پرینت چهار بعدی می‌داند چنانچه بعد چهارم زمان است زیرا این نوع پرینت به ما این امکان را می‌دهد که اثر متقابل بین سلول‌های تشکیل دهنده پرینت را به سمتی هدایت کنیم که عملکرد بیولوژیکی داشته باشند که ما دنبال آن هستیم.
به طور خلاصه باید گفت اِل اورییِل امیدوار است کرم‌های ضد آفتاب و سرم‌های ضد پیری را بسیار تأثیر گذارتر از پیش تولید کند زیرا به راحتی میتواند این محصولات را روی پوست‌های مصنوعی تولید شده با پرینت سه بعدی آزمایش کند. پوست‌هایی که دقیقا مثل پوست انسان رفتار میکنند. شاید با استفاده از شامپوهای تولید شده با این تکنولوژی موهای درخشان‌تری داشته باشید ولی این موضوع واضح است که چنین تکنولوژیِ بزرگی میتواند فراتر از لوازم آرایشی و سوپرمارکت‌ها قدم بگذارد.
اگر پوست میتواند در آزمایشگاه تولید شود دیگر نباید نگران درمان سوختگی‌های شدید بود. در حال حاضر پیوند پوست معمول‌ترین روش برای درمان سوختگی‌های شدید است که این روش سنتی به مدت زیادی برای ریکاوری نیاز دارد و عوارضی همچون خون‌ریزی و عفونت را ناشی میشود.
گسترش تولید فولیکولهای مصنوعی مو راه را برای عرضه محصولات تجاری به بازار باز می‌کند که ممکن است باعث کاهش ریزش مو و کاهش نیاز به کاشت مو شود. به طور واضح هدف ما تست کردن مولکول‌های خلاقانه‌‌ایست که از سیستم فولیکول تشکیل یافته در ویترو استفاده کند. ژوزه کوتوویو از دپارتان تحقیقات و نوآوری اِل اورییِل بیان می‌کند: این تکنولوژی همچنین میتواند درک ما از رازهای پنهان پدیده‌ی افزایش سن مو، ریزش مو و رشد مو را افزایش دهد.
دیگر محققان در حال کار بر روی پرینت اعضای بدن هستند. گاتنهولم میگوید : پرینت اعضای بدن یا همان بیو پرینت فواید بسیار زیادی برای بشریت دارد. انسان‌ها به این دلیل می‌میرند که اعضای بدنشان از بین می‌رود، اگر ما بتوانیم آنها را جایگزین بکنیم شاید بتوانیم طول عمر بشر را افزایش بدهیم.
ما نزدیک به واقعیت رساندن این ایده‌ها هستیم، هنوز 5 سال نگذشته که ما موفق به پرینت پوست انسان شده‌ایم و ممکن است در 10 سال شاهد پیوند غضروف (تمام یا بخشی از آن) باشیم.
در حال حاضر، به ناچار ما با برخی مشکلات اخلاقی روبرو هستیم. این مشکلات از اطمینان نداشتن به کارکرد درست پوست مصنوعی گرفته تا متهم کردن محققین به نشستن در جای خداوند را شامل میشود.
محقیقن می‌گویند تکنولوژی‌های دیگری نیز وجود دارند که ممکن است به انسان اجازه دهند همانند خدا عمل کنند، مثل ژنتیک. پرینت اعضای بدن در ساخت قطعات کوچک بدن مورد استفاده قرار می‌گیرد و با اهداف پزشکی تولید می‌شوند.
مشکل بزرگتری که پرینت اعضای بدن با آن روبروست قیمت تمام شده آن است. با فرض اینکه پرینت اعضای بدن با هدف کاهش لیست منتظران برای اعضای پیوندی به صورت تجاری در بیاید ولی در مقابل با توجه به گران قیمت بودن این تکنولوژی و هزینه‌های زیاد آن، ممکن است بسیاری از افراد نتوانند از عهده‌ی مخارج آن بر بیاییند. این ریسک وجود دارد که با توجه به نابرابری‌های موجود در زمینه سلامت و وجود لاتاری‌های کد پستی، این تکنولوژی نیز از دسترس عموم مردم دور باشد. به طور خلاصه محققین به این نتیجه رسیده‌اند که لیست‌های انتظاری که هم اکنون برای پیوند اعضای بدن وجود دارند همچنان با مفهومی تازه‌تر پس از پرینت اعضای بدن نیز وجود خواهند داشت.
اگر ایدهآلیست باشید حتما به این موضوع فکر خواهید کرد که این امکان وجود دارد که این پرینترها به کشورهای توسعه نیافته ارسال شود تا آنها نیز از این تکنولوژی بی بهره نمانند و قادر باشند اعضای بدن مصنوعی تولید کنند ولی باید گفت استفاده از این پرینترها در لابراتوارهای بسیار پیشرفته امکان پذیر است و نیازمند زیرساخت‌های زیادی است.
در سالهای اخیر قیمت تمام شده اعضای بدن پرینت شده موضوع اساسی بیوپرینت است. بهترین پرینترها نظیر Envision TEC’s 3D Bioplotter و همچنین RegenHU’s 3DDiscovery قیمتی بیشتر از 150000 یورو داشته و عملاً فقط در لابراتوارهای دانشگاههای بزرگ قابل مشاهده است. با این وجود سل اینک (Cellink) مستعد برای ایجاد تغییرات اساسیت. با تامین سل اینک توسط کمپانی و عرضه آن در بازار، این شرکت شروع به ساخت سخت افزار مناسب برای بیوپرینت کرد. پرینتر شرکت گوتنهولم که در حال حاضر یکی از گزینه‌های موجود است، با اسم Inkredible+ 3D bioprinter موجود است.
Inkredible+ یک ماشین بسیار جالب است و اندازه‌ی آن کمی کوچکتر از مینی بارِ یک اتاق هتل است. بسیار تمیز و سفید با LED های آبی ولی ویژگی اصلی و چشمگیر آن قیمت آن است. سل اینک سه بیوپرینتر را تنها با قیمت 7600 یورو الی 29900 یورو تولید می‌کند. گاتنهولم میگوید این کاهش قیمت به خاطر جایگزینی قطعات کارآمد با قیمت کم به جای استفاده از قطعات و موتورها و محورهای بسیار گران قیمت است.
گاتنهولم افتخار می‌کند که در حال کاهش قیمت بیوپرینترهاست. در شرایطی که مشتری‌های سل اینک را دانشگاه MIT، دانشگاه هاروارد و دانشگاه کالج لندن تشکیل می‌دهند، همچنین این شرکت در حال تولید پرینترهایی مخصوص کسانیست که این کار را برای سرگرمی می‌خواهند. گاتنهولم نمی‌داند که مردم چگونه از این پرینترها استفاده خواهند کرد -شاید برای پرینت بافت‌ها به خاطر تست کردن داروهای مختلف و یا دریافت سلول از تومورهای سرطانی برای پروش و شناخت ویژگی‌های آن برای مقابله بهتر با تومورهای سرطانی- ولی در هر حال این ویژگی چیزیست که این نوع پرینترها را جذاب‌تر می‌کند.
گاتنهولم میگوید: “بسیاری از شرکت‌های بزرگ پرینت اعضای بدن یا همان بیوپرینت ورشکست شده و از بین رفته‌اند. ولی اگر بخواهم روراست باشم باید بگویم نهایتا این مصرف کننده‌ها هستند که مایل به پیشرفت این تکنولوژی هستند زیرا آنها هستند که از این تکنولوژی سود خواهند برد و دیگر مجبور به وارد شدن در لیست انتظار برای دریافت اعضای بدن نخواهند شد. من نمی‌دانم درمان برای سرطان در کدام کشور پیدا خواهد شد شاید هند شاید آمریکای جنوبی یا شاید ژاپن ولی این را می‌دانم که میخواهم تمام انسان‌ها این فرصت را داشته باشند تا روی این قضیه کار کنند.”
چالش پرینت قلب انسان
چرا ما باید قلب انسان را پرینت کنیم؟
گذشته از هندسه‌ی خاص آن، قلب یکی از ساده‌ترین اعضای بدن است. کبد و کلیه باید عملیات بیوشیمی بسیار پیچیده‌ای انجام دهند ولی قلب اینطور نیست. قلب به طور کامل برای علم شناخته شده است. ولی در مقابل مغز ناشناخته‌های زیادی برای علم دارد. به همین خاطر از لحاظ تئوریک قلب آسان‌ترین عضو بدن برای بیوپرینت و همچنین نقطه‌ی شروع مناسبی برای پرینت اعضای بدن به شمار می‌آید. هم اکنون 3500 نفر در سطح اروپا در لیست انتظار برای پیوند قلب هستند و بسیاری از آنها بیش از 2 سال است که انتظار می‌کشند.
چگونه می‌توان یک قلب پرینت کرد؟
بهترین شیوه برای پرینت قلب، پرینت ساختار برای آن است به طوریکه به جای پرینت لایه به لایه سلول‌ها برای تشکیل یک عضو سه بعدی، اسکلتی پرینت بشود که سلول‌ها بتوانند در آن زنده بمانند. این ساختار یا داربست به عنوان نگهدارنده سلول عمل می‌کند و باعث میشود سلول‌ها در جایی قرار بگیرند که باید باشند. سپس سلول‌های قلب می‌توانند به داخل این ساختار داربستی پرینت شوند تا در نهایت با اثر متقابل بر روی یکدیگر و اتصال به هم در نهایت ساختار قلب را با همدیگر تولید کنند. سپس این ساختار داربستی میتواند از قلب جدا شود و در نهایت ما به یک قلب آماده برای پیوند می‌رسیم. در واقع این تکنیک در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته است ولی در ابعاد کوچکتر: یک موش که در اثر حمله قلبی، قلبش آسیب دیده بود توسط بیوپرینت ترمیم شد به طوری که یکی از ماهیچه‌های قلب را پرینت کرده و در ترمیم قلب این موش مورد استفاده قرار دادند.
چرا در حال حاضر نمی‌توانیم قلب را پرینت بکنیم ؟
پرینت بخش کوچکی از قلب یک موش با پرینت کل قلب انسان تفاوت‌های زیادی با هم دارد. ولی چرا؟ مشکل اصلی پرینت اعضای بدن که هم اکنون باید بر آن فائق آییم رگ‌های خونیست. این موضوع اثبات شده است که پرینت رگ‌های خونی بسیار سخت است ولی پرینت مویرگهایی که قطر آنها کوچکتر از سلول هستند تقریبا غیر ممکن است. تولید یک سیستم عروقی که بتواند کار کند پروژه‌ای بسیار پیچیده و سخت است بطوریکه ناسا برای اولین تیم تحقیقاتی که بتواند سیستم عروقی کارآمد تولید کند 500000 دلار جایزه در نظر گرفته است. شرایط این چالش به این صورت است که تیم تحقیقاتی بایستی بتواند بافت انسانی به ضخامت 1 سانتی متر تولید کند که به طور کامل سیستم عروقی داشته باشد و بتواند 30 روز در آزمایشگاه در داخل ویترو زنده بماند. نام این چالش ناسا Vascular Tissue Challenge است.
هم اکنون چقدر با پرینت اعضای بدن فاصله داریم؟
یک تیم تحقیقاتی تخمین زده است که تا 6 سال میتواند قلب انسان را پرینت کنند ولی هیچ کس به طور یقین نمی‌داند این تکنیک‌ها کی به عموم مردم خواهند رسید و چه زمانی می‌توان به این عضوهای مصنوعی برای پیوند اعتماد کرد. در هر صورت با توجه به تعداد دانشمندان و محققان در این زمینه که در حال حاضر دوبرابر شده است، انتظار می‌رود این صنعت در سال 2021 بیش از 1.3 میلیارد دلار ارزش داشته باشد. این به این معنی است که ما فاصله‌ی زیادی با این تکنولوژی نداریم.
منبع : روزنامه گاردین
عالی