هیدروژل‌ها در گستره وسیعی از کاربردهای زیست پزشکی از جمله کشت سه بعدی سلول، سلول درمانی و پرینت زیستی استفاده می‌شوند. همواره طراحی هیدروژل‌هایی که از نظر ساختاری و عملکرد، دینامیک بوده در حالی‌که پشتیبانی مکانیکی لازم را ایجاد کنند، با چالش‌هایی روبه‌رو بوده است.
تشکیل اتصالات عرضی در شبکه پلیمری به صورت کوالانسی یا غیرکوالانسی رخ می‌دهد. در روش اتصالات به صورت غیر کوالانسی، هیدروژل‌ها با قرار گرفتن در شرایط خاص، برای مثال آلژینات در حضور یونCa2+، خودآرایی (self-assemble) کرده و اتصالات عرضی شکل می‌گیرند. این هیدروژل‌ها در چاپ زیستی و همچنین کپسوله‌سازی سلول به کار برده می‌شوند. روش‌های دیگری از جمله host-guest recognition، oligo nucleotide hybridization، peptide-foldingو protein-ligand interactions در این دسته قرار می‌گیرند. در این روش، واکنش تشکیل اتصالات عرضی با گذشت زمان تمایل به برگشت دارد که موجب محدودیت در پرینت داربست و همچنین آزمایش‌های کشت سلولی طولانی مدت می‌شود. از طرف دیگر هیدروژل‌های کراس‌لینک شده با اتصالات کوالانسی معمولا پایدارتر بوده و طیف گسترده‌ای از خصوصیات ویسکوالاستیک را نشان می‌دهند. مشکل در اتصال متقابل با گیرنده‌ی سطح سلول و یا استفاده از کاتالیست‌های سمی برای سلول، از محدودیت‌های این روش می‌باشد. در سال‌های اخیر تکنیک bioorthogonal برای مثال (SPAAC) در ایجاد اتصالات عرضی به صورت کوالانسی یک راهکار نوین است که به کاتالیست نیاز ندارد و محدودیت‌های استفاده از زیست ملکول‌ها برای تسهیل کپسوله کردن را ندارد.
تیمی از محققان سوئدی با توسعه جوهر زیستی بر پایه هیدروژل هیالوران روشی را طراحی کرده‌اند که در پرینت ۴ بعدی زیست‌مواد مقلد بافت، به زند‌ه‌مانی سلول‌ها در طول مراحل پرینت کمک می‌کند. ساختار پرینت شده به دلیل ماهیت دینامیکی، به عنوان ماده زیستی پرینت شده ۴ بعدی شناخته می‌شود.
در این سیستم اتصالات عرضی در هیدروژل بر پایه هیالوران (HA) با استفاده از PEG و واکنش حلقه‌زایی آلکین آزید به صورت کوالانسی ایجاد می‌شود. علاوه بر این با هدف کنترل سینیتیک، میزان اتصالات عرضی و عملکرد هیدروژل، پپتیدهایی ویژه با ساختار مارپیچ (JR2EK) به زنجیره پلیمری متصل شده است.
به گفته‌ی دکتر دنیل آیلی، دانشیار گروه بیوفیزیک و مهندسی زیستی دانشگاه Linköping، پرینت زیستی یک فن‌آوری جدید برای ساخت محیط سه بعدی به تقلید از بافت، برای کشت سلول است. ایجاد یک زیست جوهر مناسب که بتواند سلول‌ها را کپسوله کرده و در پرینتر مورد استفاده قرار گیرد، یک مشکل اساسی بوده است.
نتایج حاصل از این تحقیق که در ژورنال Biofabrication به چاپ رسیده‌است. جوهرزیستی به روش FERESH در حمام ژلاتین در حضور یا عدم حضور ZN2+ پرینت شده و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان خواص این زیست‌جوهر را آزادانه متناسب با طیف وسیعی از انواع سلول‌ها از جمله سلول‌های کبدی، سلول‌های قلبی، سلول‌های عصبی و فیبروبلاست‌ها اصلاح کرد و علی‌رغم شرایط سخت پرینت، سلول‌ها را زنده نگه داشته و به آن‌ها امکان رشد داد. وی افزود: “ما می‌توانیم با استفاده از برخی روش‌های پیشرفته شیمیایی، سرعت تشکیل هیدروژل را کنترل کنیم، به عبارت دیگر تغییر حالت مایع به ژلی که سلول‌ها را به آرامی کپسوله می‌کند”.
منبع:
