تقتل الأمراض الرئوية ملايين الأشخاص في أنحاء العالم كل عام؛ فخيارات العلاج محدودة، ونماذج الحيوانات لدراسة هذه الأمراض والأدوية التجريبية غير كافية. لكن كشف باحثون في مجلة “إيه سي إس للمواد الحيوية التطبيقية” في 12 يوليو/تموز عن نجاحهم في إنشاء حبر بيولوجي يعتمد على المخاط للطباعة الثلاثية الأبعاد لنسيج الرئة، ويمكن أن يساعد هذا التقدم يوما ما في دراسة الحالات الرئوية المزمنة وعلاجها.
التحدي الذي يواجه العلماء
بينما يتلقى بعض الأشخاص الذين يعانون من أمراض الرئة عمليات زراعة، تظل الأعضاء المتبرع بها في نقص شديد. وكبديل، يمكن استخدام الأدوية والعلاجات الأخرى لإدارة الأعراض، ولكن لا يتوفر علاج لاضطرابات مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن والتليف الكيسي.
ويستمر الباحثون في البحث عن أدوية أفضل، وغالبا ما يعتمدون في اختباراتهم على فئران المختبر، ولكن قد تلتقط هذه النماذج الحيوانية فقط جزئيا تعقيدات الأمراض الرئوية في البشر، وقد لا تتنبأ بدقة بسلامة الأدوية الجديدة وفعاليتها.
وفي الوقت نفسه، يستكشف العلماء إنتاج نسيج الرئة في المختبر، إما كنموذج أكثر دقة لدراسة الرئتين البشريتين أو كمواد محتملة لاستخدامها في الزراعة. تتضمن إحدى التقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد لهياكل تحاكي الأنسجة البشرية، ولكن تصميم حبر بيولوجي مناسب لدعم نمو الخلايا لا يزال يمثل تحديا. ولذلك قرر أشوك رايشور وزملاؤه في قسم هندسة المواد، من المعهد الهندي للعلوم في الهند، التغلب على هذه العقبة، وفقا لما نشره موقع يوريك أليرت.
خطوات نحو الأمام
بدأ الفريق باستخدام الميوسين، وهو أحد مكونات المخاط التي لم تستكشف على نطاق واسع في الطباعة الحيوية. تشبه أجزاء من البنية الجزيئية لهذا البوليمر المضاد للبكتيريا “عامل نمو البشرة”، وهو بروتين يعزز ارتباط الخلايا ونموها. أجرى رايشور وزملاؤه تفاعلا بين الميوسين وأنهيدريد الميثاكريليك لتشكيل الميوسين الميثاكريليت (MuMA) الذي قاموا بعد ذلك بخلطه مع خلايا الرئة.
أضيف حمض الهيالورونيك -وهو بوليمر طبيعي موجود في الأنسجة الضامة وغيرها- لزيادة لزوجة الحبر الحيوي وتعزيز نمو الخلايا والالتصاق بالميوسين الميثاكريليت. وبعد طباعة الحبر في أنماط اختبار بما في ذلك الشبكات المستديرة والمربعة، تم تعريضه للضوء الأزرق لربط جزيئات الميوسين الميثاكريليت. لوحظ أن الروابط المتقاطعة تعمل على دعم استقرار الهيكل المطبوع في شكل هلام مسامي يمتص الماء بسهولة لدعم بقاء الخلايا.
ووجد الباحثون أن المسامات المترابطة في الهلام تسهل انتشار العناصر الغذائية والأكسجين، وذلك يشجع نمو الخلايا وتكوين أنسجة الرئة. وكانت الهياكل المطبوعة غير سامة وتتحلل بيولوجيا ببطء في ظل الظروف الفسيولوجية، مما يجعلها مناسبة بشكل محتمل كغرسات حيث يُستبدل الهيكل المطبوع تدريجيا بأنسجة رئة جديدة. ويمكن أيضا استخدام الحبر الحيوي لعمل نماذج ثلاثية الأبعاد للرئتين لدراسة عمليات أمراض الرئة وتقييم العلاجات المحتملة.