ليس من السهل دائمًا الحصول على عينات من الأنسجة البشرية لأغراض البحث البيولوجي ، على الرغم من أنه يمكن الحصول عليها من خلال التبرع بالأعضاء أو الأنسجة التي تمت إزالتها جراحيًا.
وهذا ليس فقط بسبب العدد المحدود لعينات الأنسجة البشرية. هناك أيضًا توافر محدود للحجم الدقيق ونوع عينات الأنسجة المطلوبة للعديد من المشاريع المتزامنة.
لهذا السبب قرر شون كولمان ، المحاضر الأول في كلية الصيدلة والصيدلة ، وكريس توماس ، المحاضر الأول ومدير الأبحاث في كلية الصيدلة والصيدلة ، وأوليفر كاستل ، المحاضر الأول في كلية الصيدلة والصيدلة ، جامعة كارديف لبناء طابعة منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام قادرة على إنتاج عينات من الأنسجة البشرية من واحدة من أكثر الألعاب شيوعًا في العالم هنا لحل هذه المشكلة.
يوفر ظهور الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد حلاً محتملاً لصعوبة الحصول على عينات الأنسجة. تتضمن هذه التقنية تعبئة “الروابط الحيوية” التي تحتوي على الخلايا الحية في خراطيش.
يتم تحميل هذا بدوره في الطابعة الديناميكية. بمجرد أن تتم برمجتها ، تقوم الطابعة الحيوية بطباعة الوصلات الحيوية المحملة بالخلايا لتشكيل هياكل ثلاثية الأبعاد مصممة لتكرار البنية المعقدة للأنسجة البيولوجية.
على عكس مزارع الخلايا ثنائية الأبعاد التي تنمو على الألواح ، تسمح الطابعات الحيوية للعلماء بنمو الخلايا في ثلاثة أبعاد. هذا يكرر بشكل أفضل الهندسة المعقدة لبيولوجيا الإنسان. بمعنى آخر ، تسمح الطباعة الحيوية للباحثين بإنشاء نماذج أكثر ملاءمة للدراسات المقارنة للأنسجة السليمة والمريضة. تكمن المشكلة في أن تكلفة هذه الآلات عالية جدًا ، حيث تصل إلى عشرات أو حتى مئات الآلاف من الجنيهات. قامت مجموعات بحثية قليلة بتوسيع ميزانياتها لتغطية مثل هذه النفقات ، بغض النظر عن مدى وعود التكنولوجيا الرائدة.
هذا ما دفع الباحثين إلى سؤال أنفسهم عما إذا كان بإمكانهم صنع طابعة ثلاثية الأبعاد ميسورة التكلفة للكائنات الحية. الجواب نعم ، لقد قررت أن أفعل ذلك باستخدام مكعبات LEGO.
سيعرف أي شخص قام بالعبث بها على الإطلاق أن LEGO ليست رخيصة للغاية ومتعددة الاستخدامات فحسب ، بل إنها مصممة أيضًا بدقة لا تصدق ، بأجزاء قياسية في كل مكان.
تعلم الباحثون أيضًا أنه تم استخدام Lego لإنشاء طابعات ثلاثية الأبعاد تقليدية. ومع ذلك ، فإن ما يظل غير مؤكد هو ما إذا كان بإمكاننا أخذ الفكرة الأساسية لطابعة LEGO ثلاثية الأبعاد – طباعة هياكل ثلاثية الأبعاد صلبة من البلاستيك – وتصميم طابعة يمكنها طباعة مواد حيوية ناعمة.
شرع الباحثون في تطوير طابعة بيولوجية عالية المواصفات وبأسعار معقولة في ركن من أركان معمل كارديف باستخدام طوب Lego القياسي ، والعلامة التجارية الفرعية للآلات Lego Mindstorms ، ومضخة معمل (قطعة من المعدات توجد عادة في مختبرات الأبحاث). عمل فريق متعدد التخصصات من المهندسين وعلماء الأحياء معًا لتصميم وهندسة وبناء وبرمجة الطابعة الحيوية.
لا تزال الطابعة الحيوية التي تبلغ تكلفتها 500 جنيه إسترليني (624 دولارًا) في مهدها ، ولكن لا يزال بإمكانها تحقيق مستوى الدقة اللازم لإنتاج مادة بيولوجية دقيقة.
تقوم الفوهات برش المادة الشبيهة بالهلام المملوءة بالخلايا على اللوحة. يوجد في قلب الجهاز كمبيوتر صغير من Lego Mindstorms. يقوم الجهاز بتحريك اللوحة للخلف وللأمام أثناء تحريك الفوهة ميكانيكيًا لأعلى ولأسفل ، مما يؤدي إلى بثق مادة هلامية محملة بالخلايا.
تعمل هذه الإجراءات القابلة للبرمجة على بناء طبقات من الخلايا ، مما يؤدي إلى تكرار البنية ثلاثية الأبعاد لطبقة من الأنسجة البشرية.
يتم الآن استخدام الطابعة الحيوية الخاصة بنا لإنشاء طبقات من خلايا الجلد ، والعمل على نماذج جلدية واسعة النطاق. يمكن أيضًا تعديلها باستخدام أنواع مختلفة من الفوهات لطباعة أنواع مختلفة من الخلايا ، وبالتالي بناء تعقيدات مختلفة في عينات الأنسجة. هذه فرصة مثيرة لمحاكاة بشرة صحية ومريضة ، ودراسة العلاجات الحالية وتصميم علاجات جديدة لعلاج الأمراض الجلدية المختلفة.
لا يقتصر الأمر على تزويدنا بالطباعة الحيوية بنماذج تمثيلية دقيقة لجلد الإنسان ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها لإضافة الخلايا المريضة إلى النماذج الصحية التي نصنعها. وهذا سيجعل من الممكن دراسة كيفية تطور الأمراض الجلدية وكيف تتفاعل الخلايا السليمة والمريضة.
تقدم تفاصيل حول كيفية بناء طابعة بيولوجية LEGO ثلاثية الأبعاد وتقدم تعليمات واضحة حول كيفية إعادة إنشاء هذا الجهاز في أي مختبر ، في أي مكان في العالم. في الوقت الذي يكون فيه تمويل البحث محدودًا للغاية ، فإنه يوفر مصدرًا مفتوحًا ، ويمكن الوصول إليه ، وبديلاً ميسور التكلفة للمعدات الحيوية التي تتجاوز ميزانيات معظم الباحثين.
