مقدمه
پیش از این، دانشمندان از نور مادون قرمز برای تحریک پلیمریزاسیون — یعنی اتصال واحدهای اساسی یا مونومرهای پلیمرها — در حیوانات زنده استفاده کردهاند. با این حال، این روش برای چاپ سهبعدی درونبدنی محدودیتهایی دارد. وی گائو، استاد مهندسی پزشکی در کلتک و محقق مؤسسه تحقیقات پزشکی هریتیج، میگوید: «نفوذ مادون قرمز بسیار محدود است. این نور فقط به زیر پوست میرسد. تکنیک جدید ما به بافتهای عمیق میرسد و میتواند انواع مواد را برای طیف وسیعی از کاربردها چاپ کند، در حالی که زیستسازگاری عالی را حفظ میکند.»
گائو و همکارانش تکنیک جدید چاپ سهبعدی درونتنی خود را در مجله Science گزارش میدهند. این مقاله علاوه بر ژلها و پلیمرهای زیستچسب برای دارورسانی و انتقال سلول، استفاده از این تکنیک را برای چاپ هیدروژلهای بیوالکتریک نیز شرح میدهد، که پلیمرهایی با مواد رسانای جاسازیشده برای استفاده در نظارت داخلی علائم حیاتی فیزیولوژیکی مانند الکتروکاردیوگرام (ECG) هستند.

خاستگاه این ایده
گائو و همکارانش که میخواستند راهی برای چاپ بافت عمیق در داخل بدن پیدا کنند، به سونوگرافی روی آوردند، پلتفرمی که به طور گسترده در زیستپزشکی برای نفوذ به بافت عمیق استفاده میشود. اما آنها به روشی برای ایجاد پیوند عرضی یا اتصال مونومرها در یک مکان خاص و فقط در صورت تمایل نیاز داشتند.
آنها به یک رویکرد جدید رسیدند: ترکیب سونوگرافی با لیپوزومهای حساس به دمای پایین. چنین لیپوزومهایی، کیسهچههای کروی سلولمانند با لایههای چربی محافظ، اغلب برای دارورسانی استفاده میشوند. در کار جدید، دانشمندان لیپوزومها را با یک عامل پیوند عرضی بارگذاری کردند و آنها را در یک محلول پلیمری حاوی مونومرهای پلیمری که میخواستند چاپ کنند، یک عامل کنتراست تصویربرداری که زمان وقوع پیوند عرضی را نشان میدهد و محمولهای که امیدوار بودند تحویل دهند – به عنوان مثال یک داروی درمانی – جاسازی کردند. اجزای اضافی مانند سلولها و مواد رسانا مانند نانولولههای کربنی یا نقره را میتوان در آن گنجاند. سپس جوهر زیستی کامپوزیتی مستقیماً به بدن تزریق شد.
گرمایی جزئی، آغاز فرایند ساخت
ذرات لیپوزوم به دمای پایین حساس هستند، به این معنی که با استفاده از سونوگرافی متمرکز برای افزایش دمای یک ناحیه کوچک هدفمند حدود ۵ درجه سانتیگراد، دانشمندان میتوانند آزادسازی محموله خود را آغاز کرده و چاپ پلیمرها را آغاز کنند.
گائو میگوید: “افزایش دما به میزان چند درجه سانتیگراد برای ذرات لیپوزوم کافی است تا عوامل اتصال عرضی ما را آزاد کنند. جایی که عوامل آزاد میشوند، پلیمریزاسیون یا چاپ موضعی اتفاق میافتد.”
این تیم از وزیکولهای گازی مشتق شده از باکتریها به عنوان عامل کنتراست تصویربرداری استفاده میکند. کیسهچهها، کپسولهای پر از هوای پروتئین، در تصویربرداری سونوگرافی به شدت ظاهر میشوند و به تغییرات شیمیایی که هنگام اتصال عرضی محلول مونومر مایع برای تشکیل یک شبکه ژلی رخ میدهد، حساس هستند. کیسهچهها در واقع کنتراست را تغییر میدهند که توسط تصویربرداری سونوگرافی تشخیص داده میشود، زمانی که این تبدیل رخ میدهد، به دانشمندان این امکان را میدهد که به راحتی زمان و مکان دقیق اتصال عرضی پلیمریزاسیون را شناسایی کنند و آنها را قادر میسازد الگوهای چاپ شده در حیوانات زنده را سفارشی کنند.
این تیم این تکنیک جدید را پلتفرم چاپ صوتی بافت عمیق در داخل بدن (DISP) مینامد.
آزمایشات بالینی
وقتی این تیم از پلتفرم DISP برای چاپ پلیمرهای حاوی دوکسوروبیسین، یک داروی شیمیدرمانی، در نزدیکی تومور مثانه در موشها استفاده کردند، در مقایسه با حیواناتی که دارو را از طریق تزریق مستقیم محلولهای دارویی دریافت کرده بودند، مرگ سلولهای تومور را برای چند روز به طور قابل توجهی بیشتر مشاهده کردند.
گائو میگوید: “ما قبلاً در یک حیوان کوچک نشان دادهایم که میتوانیم هیدروژلهای حاوی دارو را برای درمان تومور چاپ کنیم. مرحله بعدی ما تلاش برای چاپ در یک مدل حیوانی بزرگتر است و امیدواریم در آینده نزدیک بتوانیم این را در انسان ارزیابی کنیم.”
این تیم همچنین معتقد است که یادگیری ماشینی میتواند توانایی پلتفرم DISP را برای مکانیابی دقیق و اعمال سونوگرافی متمرکز افزایش دهد. گائو میگوید: “در آینده، با کمک هوش مصنوعی، دوست داریم بتوانیم به طور خودکار چاپ با دقت بالا را در یک اندام متحرک مانند قلب تپنده آغاز کنیم.”


پیشرفتها در فناوریهای چاپ سهبعدی مبتنی بر فراصوت
در سال ۲۰۲۲، محققان دانشگاه کنکوردیا تکنیکی به نام چاپ مستقیم صدا (DSP) را توسعه دادند که از امواج فراصوت برای ساخت اشیاء پیچیده و دقیق استفاده میکند. این فناوری با ایجاد واکنشهای سونوشیمیایی در حفرههای بسیار کوچک کار میکند و امکان تولید هندسههای از پیش طراحیشدهای را فراهم میکند که قبلاً با تکنیکهای مرسوم غیرقابل دستیابی بودند.

در سال ۲۰۲۱، تیمی از محققان دانشگاه بث و دانشگاه بریستول یک روش جدید چاپ زیستی سهبعدی به نام سونولیتوگرافی را معرفی کردند. این تکنیک از انرژی صوتی استفاده میکند و از امواج فراصوت کنترلشده توسط کامپیوتر برای رسوب دقیق ذرات و قطرات در الگوهای از پیش تعیینشده روی یک بستر استفاده میکند. توانایی کنترل اسپریهای آئروسل به صورت غیرتماسی، آن را برای طیف وسیعی از کاربردها، از جمله زیستساخت، مهندسی بافت، دارورسانی پیچیده و حتی بهبود زخم، بسیار مناسب میکند.

منبع:
- 3D Printing In Vivo Using Sound – www.caltech.edu
- Using Ultrasound to Print Inside the Body: Caltech Unveils Deep Tissue In Vivo Sound Printing Technique – 3D Printing Industry
- UK scientists showcase sonolithography, a new ultrasound-based 3D bioprinting technique – 3D Printing Industry
- Scientists Create 3D Printer for Inside Your Body…
- آخرین مقالات در مورد دستگاه های التراسونیک
برای تجربه ی بهترین سفارش پرینت سه بعدی، با قیمتی مناسب، همین الان با ما تماس بگیرید.
آدرس: تهران، میدان آزادی، خیابان محمدخانی، پلاک 161، واحد 3