طباعة ثلاثية الأبعاد لعظام بحسب الطلب

طبع مهندسون بيولوجيون عظامًا إنسانية بالتقنية ثلاثية الأبعاد، بطريقة متقنة للتغلب على التحديات التي يواجهها الأطباء في تصنيع بدائل عظمية.

إيلاف من لندن: استخدم باحثون طابعة ثلاثية الأبعاد وحبرًا خاصًا لبناء عظم "فائق المرونة" يمكن تصنيعه بحسب الطلب، ويعمل تقريبًا كما يعمل العظم الطبيعي، أو هذا على الأقل ما أثبته اختبار العظم في القرود والفئران.

متفائلون
أعرب المهندسون البيولوجيون، الذين أنتجوا العظم عن تفاؤلهم بأن تكون المادة التي طوّروها قفزة إلى الأمام في علاج العظام المنخورة بالسرطان وعظام الجمجمة المكسورة.

وقال جوس ملادا، المهندس المتخصص في المواد البيولوجية في جامعة أوتريخت الهولندية: "هذه طريقة متقنة للتغلب على التحديات التي نواجهها في تصنيع بدائل عظمية".&

ويستعيض الجراحون الآن عن العظام المهشمة أو المفقودة بعدد من الأشياء الأكثر شيوعًا، بينها أخذ قطعة عظم من جسم المريض نفسه، وعادة من منطقة الورك أو الأضلاع، وزرعها في المكان المصاب من الهيكل العظمي للمريض نفسه. ويفضل الجراحون هذه الطريقة، لأن العظام البديلة عظام حقيقية، فيها خلايا جذعية، يمكن أن تولد خلايا غضروفية وعظمية، توفر سندًا إضافيًا للعظم المزروع حديثًا.

بديل الزرع
الخيار الثاني هو بناء سقالة ينمو عليها العظم. وتكون هذه السقالات من مواد طبيعية وصناعية، دورها مماثل لدور الهياكل الموقتة لمبنى قيد الإنشاء.

حين تُزرع الخلايا الجذعية في الجسم، تلتصق بالهيكل، وتنمو كخلايا متميزة، تبدأ ببناء العظم، مثلما يفعل عمال البناء في تركيب الجدران والأرضية والزجاج حول العوارض الحديدية للعمارة.

عظم مطبوع بتقنية الأبعاد الثلاثة

لكن لا تتحول الخلايا الجذعية دائمًا إلى العظم أو الغضروف المطلوب بسبب تكوين المادة التي صُنعت منها السقالة. ويعمل باحثون في جامعة نورثويسترن الأميركية على تطوير مادة تعالج هذه المشكلة باستخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد وحبر خاص تضعه الطابعة طبقة إثر أخرى، لتصنيع أشكال تشبه العظم المطلوب استبداله.

وبدلًا من زراعة عظم، يؤخذ من مكان آخر من جسم المريض، أو انتظار المريض إلى أن تُصنع سقالات بحسب إصابته، فإنه يخضع للتصوير بالأشعة السينية، لتحديد طبيعة الكسر، ثم تُصنع له سقالة عظمية فائقة المرونة بالطابعة ثلاثية الأبعاد في اليوم نفسه.&

مواد رخيصة الثمن
قال راميل شاه، المهندس المتخصص في علم المواد، الذي يشارك في هذه البحوث: "نطبع سقالات مرنة تشجع العظم على النمو فيها وحولها".

وحين زرع الباحثون العظم فائق المرونة في فئران مصابة بكسور في الفقرات وجدوا أن أوعية دموية نمت في سقالتهم، وهي خطوة ضرورية لإبقاء النسيج الذي يتكون منه العظم حيًا. وبدأ عظم متكلس ينشأ من خلايا الفئرات الجذعية الموجودة. والتحمت الفقرات بهذه الطريقة التحامًا أفضل من زرع قطعة عظم مصدرها مانح.

كما استخدم الباحثون هذا العظم الصناعي فائق المرونة لتصليح جمجمة قرد من قرود الماكي أُصيبت بكسور. وبعد أربعة أسابيع من زرع العظم فائق المرونة، نمت أوعية دموية في السقالة مع شيء من العظم المتكلس.

وما لا يقل أهمية عن ذلك هو أن أعراضًا بيولوجية سلبية لم تظهر على القرد، مثل الالتهاب أو العدوى، التي يمكن أن يسببها الكثير من المواد الصناعية التي تزرع في الجسم. وقال ملادا إن مواد الحبر الخاص المستخدم في الطابعة ثلاثية الأبعاد رخيصة، لأنها شائعة الاستخدام في المختبرات الكيميائية البيولوجية.

فرص كثيرة
وتمكن الباحثون من تصنيع السقالات بمعايير الطباعة ثلاثية الأبعاد في أقل من 5 ساعات لكل سقالة. يعني هذا أنه في الإمكان طباعة سقالات بحسب المواصفات المطلوبة بكل دقة. وستكون هذه مفيدة في عمليات إعادة بناء الوجه أو يمكن طباعتها في صفائح يقطعها الجراحون ويلصقونها بالشكل الذي يريدونه، كما يقول ملادا، الذي أكد أن "لا حدود لتطبيقات هذه المادة".

لكنسكوت هوليستر، المهندس المتخصص في الطب الحياتي في جامعة ميشيغان، أكد أنه من الضروري تكرار البحث مرات أكثر كثيرًا، قبل اختبار العظم الجديد على بشر.

أضاف: "تمثل القدرة على طباعة عظام بحسب الطلب يمكن زرعها في الجسم تقدمًا كبيرًا يمنح فرصًا كثيرة في مجالات من الجراحة التجميلية لإزالة الأورام والترميم".

أعدت "إيلاف" هذه المادة عن "ساينس" على الرابط أدناه:
http://www.sciencemag.org/news/2016/09/print-demand-bone-could-quickly-mend-major-injuries