بیش از ۱۵۰ سال است که از کشف تمایل سلول‌های سرطانی برای حمله به مکان ثانویه و تشکیل تومور جدید می‌گذرد، اما همچنان پیش‌بینی مکان خاص گسترش متاستاز درون یک ارگان غیر ممکن بوده است. عدم توانایی ما در یافتن و درمان متاستازهای اولیه یک مانع اساسی در درمان سرطان است. با توجه به هندسه عروق، نحوه چسبندگی سلو‎ل‌های سرطانی، فشار خون، حضورگلبول‌های قرمز و سیستم ایمنی بدن بسیاری از جنبه‌های فیزیکی و بیولوژیکی بین سلول‌های سرطانی در حال چرخش (CTC) و عروق خونی، مبهم و در شرایط درون تنی غیر قابل کنترل است. حتی بررسی اثر نیروهای مکانیکی تاثیر گذار مانند جریان سیال به ساده سازی قابل توجهی نیاز دارد.

چیپ‌های میکروفلوییدیکی رایج، با استفاده از کانال‌های قالب سازی شده هندسه‌ی عروق را شبیه سازی می‌کنند و بسیاری از خواص مهم موجود در شرایط درون تنی مانند انطباق رگ‌ها، انقباض و انبساط عروق در اثر جریان را شبیه سازی نمی‌کنند.

در تلاش برای غلبه بر این محدودیت‌ها، گروهی از محققان امریکایی آزمایشگاه ملی Lawrence Livermore از فناوری چاپ سه بعدی زیستی و شبیه سازی کامپیوتری به طور همزمان استفاده کرده‌اند. نتایج حاصل از این پژوهش در ژورنال Science Advances به چاپ رسیده است. این محققان موفق به ایجاد یک مدل کامپیوتری شده‌اند که با تجزیه و تحلیل رفتار سلول‌های در حال چرخش به مطالعه علت تمایل سلول‌های سرطانی در برخی مناطق عروق خونی می‌پردازد.

محققان ادعا می‌کنند که با مطالعه چسبندگی سلول‌های سرطانی به عروق خونی قادر به مشاهده اولین مرحله در متاستاز می‌باشند که این روش می‌تواند شروع سرطان در هر بیمار را پیش‌بینی کند.

در این دستگاه از یک سیستم جریان عروق مبتنی بر هیدروژل استفاده شده است. کانال‌های مجزا از مواد هیدروژلی سکریفیشیال (Pluronic F­-۱۲۷) با کمک پرینترهای سه بعدی، پرینت می‌شوند که سلول‌های اندوتلیال مویرگ مغزی انسانی در آن‌ها کاشته می‌شوند و به دنبال آن با هدف رشد سلول‌ها و تشکیل بافت مشابه رگ، پرفیوژن انجام می‌شود. پس از یک هفته سلول سرطانی پستان به کانال‌ها تزریق شده و بیش از ۶۰۰۰ سلول چسبیده به دیواره رگ نقشه‌برداری و با بیوفیزیک موضعی مقایسه شدند.

با استفاده از این روش طیف وسیعی از هندسه‌های پیچیده را برای مطالعه دینامیک جریان در عروق می‌توان ساخت و نتایج حاصل از آن را به طور مستقیم به عنوان ورودی مدل‌های کامپیوتری استفاده کرد.

در ادامه این تیم قصد دارد با گسترش مدل‌های عروقی پرینت شده، مدل‌های پیچیده‌ تری را پرینت کرده و نقش عوامل بیوفیزیکی در متاستاز یا گسترش سرطان را بررسی کند. به طور همزمان گروهی دیگر از محققین از این روش برای مطالعه عوامل مداخله گر در جراحی مانند تشکیل لخته خونی استفاده کرده‌اند.

شکل ۱: تصویر شماتیک از پرینت سه بعدی عروق با استفاده از جوهر سکریفیشیال.

شکل ۲: مورفولوژی اسکلت سلولی سلول‌های اندوتلیال مویرگ

منبع:

Hynes, W. F., et al. “Examining metastatic behavior within 3D bioprinted vasculature for the validation of a 3D computational flow model.” Science advances 6.35 (2020): eabb3308.

http://Hynes, W. F., et al. “Examining metastatic behavior within 3D bioprinted vasculature for the validation of a 3D computational flow model.” Science advances 6.35 (2020): eabb3308.