کبد بزرگترین عضو داخلی بدن است که نقش مهمی در فرآیند گوارش، دستگاه هاضمه و متابولیسم مواد غذایی به عهده دارد. به واحدهای عملکردی کبد لوبول گفته می‌شود که هر لوبول از چهار سیستم بافتی تشکیل شده است: سلول‌های پارانشیمی (سلول‌های هپاتوسیت) و غیر پارانشیمی (به عنوان مثال سلول‌های اپیتلیال و اندوتلیال)، سیستم عروقی داخل کبدی و همچنین مجاری صفراوی و کانال‌های بهم پیوسته. بنابراین در مهندسی بافت کبد در شرایط برون تنی، علاوه بر انتخاب ماده زیستی مناسب برای حمایت از سلول‌ها، تقلید از الگوی ساختاری میکرواندام‌ها نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است.

در تحقیقات فعلی، حفظ عملکرد طولانی مدت سلول‌های کبدی در سازه‌های مهندسی بافت یکی از چالش‌های مهم است. همچنین نیاز به تدوین استراتژی‌های جدید برای تنظیم دقیق آرایش فضایی سلول‌ها، عوامل محیطی و همچنین ادغام کانال‌های عروقی و صفراوی به عنوان اجزای حیاتی برای عملکرد کبد وجود دارد. برای رفع این شکاف، می‌توان از فن‌آوری‌های مدرن مانند پرینت زیستی سه بعدی، استفاده کرد. چاپ زیستی سه بعدی ابزاری قدرتمند است که امکان ساخت سازه‌های پر از سلول را با استفاده از مواد بیولوژیکی مختلف‌، مولکول‌های فعال زیستی و انواع مختلف سلول را فراهم می‌کند که به صورت فضایی تعریف شده‌اند. یکی از انواع متداول چاپ زیستی سه بعدی، استفاده از چاپ زیستی مبتنی بر اکستروژن است. پرینت به روش پوسته هسته‌ای نیز می‌تواند یک گزینه امیدوار کننده برای آرایش فضایی تعیین شده از چند نوع سلول (دو یا حتی بیشتر) باشد که به طور همزمان از طریق سوزن‌های کواکسیال خارج می شوند. علاوه بر این، ساختارهای کانال مانند می توانند به راحتی در ساختارهای مهندسی بافت، شبیه سیستم های لوله‌ای طبیعی مانند عروق، ادغام شوند.

در این مطالعه محققان با استفاده از جوهر زیستی بر پایه آلژینات و متیل سلولز و با هدف بررسی رفتار سلول‌های هپاتوسیت در میکرو محیط فیزیولوژیکی و ایجاد مدل سه بعدی برون تنی، از پرینت زیستی سه بعدی مبتنی بر اکستروژن با استفاده از پرینتر پنیوماتیک (BioScaffolder 3.1 from GeSiM) و روش کشت همزمان، استفاده کردند. ساختار پرینت شده به صورت لایه لایه‌ای و تغییر جهت ۹۰ درجه بین لایه‌ها انجام شد. پیش از این آن‌ها نشان داده بودند که داربست‌های پرینت شده با جوهر متشکل از ۳% آلژینات و ۹% متیل سلولز، ساختار خود را حفظ کرده و بر زنده‌مانی، فعالیت متابولیک و تمایز انواع مختلفی از سلول‌ها اثر منفی ندارد. در مطالعه صورت گرفته، محققان با هدف بهبود خواص از ماتریژل در ترکیب با جوهر زیستی آلژینات-متیل سلولز استفاده کردند.

با هدف شبیه سازی میکرو محیط کبدی، از کشت همزمان سلول‌های هپاتوسیت با سلول‌های غیر کبدی استفاده شد. یکی از انواع سلول‌ها که معمولا در مطالعات کشت همزمان کبد استفاده می‌شود فیبروبلاست است. کشت فیبروبلاست به روش پوسته هسته اولین گام در مطالعات این گروه بوده است. این گروه تصمیم دارد با هدف افزایش پیچیدگی و نزدیک شدن به مدل‌های دارای شبکه‌ی عروق، در گام‌های بعدی از سلول‌های اندوتلیال و سایر سلول‌های پشتیبانی استفاده کنند.

شکل ۱) زنده‌مانی و توزیع سلول‌های HepG2 (قرمز) در کشت همزمان با NIH 3T3 (سبز) در ساختار پوسته-هسته. با گذشت زمان کشت، شکل‌گیری خوشه‌های سلولی قابل مشاهده است.

منبع:

Taymour R, Kilian D, Ahlfeld T, Gelinsky M, Lode A. 3D bioprinting of hepatocytes: core–shell structured co-cultures with fibroblasts for enhanced functionality. Scientific Reports. 2021 Mar 4;11(1):1-8.