فناوری چاپ زیستی همگام با تحقیقات سلولهای بنیادی، رشد کرده و به ابزاری حیاتی با کاربردهای متنوع در زمینههای بیولوژیکی و پزشکی تبدیل شده است. امروزه به طور گستردهای از فناوری چاپ زیستی در زمینههای پزشکی بازساختی و صنعت دارویی استفاده میشود. یکی از انواع پرینترهای زیستی، پرینتر زیستی جوهر افشان است که با کنترل روی پارامترهای فرایند، مانند قطر نازل، حجم قطرات و غلظت سلولها، میتوان از آن برای پرینت تک سلول و یا تودهی سلولی استفاده کرد. علاوه بر آن میتوان از پرینترهای جوهرافشان به عنوان دستگاه توزیع کننده سلول با قابلیت کنترل روی تعداد سلول، استفاده کرد.
به طور کلی از توزیع کنندههای دقیق سلولی مانند FACS در زمینه کشف دارو و تجزیه و تحلیل رفتار تک سلول استفاده میشود. با این حال، نگرانیهای در مورد تأثیرات نحوه توزیع سلول با استفاده پرینتر زیستی بر یکپارچگی سلولها، به ویژه بر روی سلولهای حساس، مانند سلولهای بنیادی وجود دارد. هر دو فناوری FACS و پرینتر جوهر افشان از تکنیک کپسوله کردن سلول استفاده میکنند که در هر دو روش وجود تنشهای شیمیایی، مکانیکی، نیروهای فشاری و اینرسی وارد شده به سلول در حین فرایند و در حین خروج قطرات از نازل از معایب این روشها به حساب میآیند.
پرینترهای زیستی جوهر افشان به دو نوع پیزوالکتریک و حرارتی دستهبندی میشوند که در نوع حرارتی علاوه بر تنش مکانیکی، شوک حرارتی نیز چالش برانگیز است. در پاسخ به نگرانیهای گفته شده، تیمی از محققان ژاپنی پرینتر زیستی جوهر افشان از نوع پیزوالکتریک را توسعه دادهاند که در آن تنش وارد شده به سلول به حداقل میزان رسیده است. در این نوع پرینتر تلاش شده است تا با استفاده از نازل خروجی به صورت غشای صفحهای (Disc membrane nozzle) به جای کانالهای باریک و بلند و استفاده از محرک پیزوالکتریک از نوع خمش (bending-type piezoelectric actuator)، حداقل تنش برشی ایجاد شود. همچنین با تنظیم شرایط خروجی و ایجاد قطرات با قطر ۱۰۰ میکرومتر و سرعت کمتر از ۱ میلیمتر بر ثانیه، فشار و نیروی اینرسی هنگام فرود قطره نیز سرکوب میشود. در تهیه زیست جوهر نیز به هیچ ماده اضافی مانند هیدروژل نیاز نیست. بنابراین، هیچ استرس شیمیایی به سلولها وارد نمیشود.
به منظور بررسی اثر پرینتر بر زندهمانی سلولها، از سنجش بیان ژن به روش RNA-seq استفاده شد. در این مطالعه توزیع سلولی بر اساس سه روش ارزیابی شد: به صورت دستی با استفاده از میکروپیپیت، روش FACS و پرینتر زیستی جوهرافشان توسعه یافته شده. نتایج حاصل از پژوهش در ژورنال Nature به چاپ رسیده است و نتایج زندهمانی سلولها و بیان ژن نشان میدهد که توزیع سلول در روش جوهرافشان توسعه یافته شده با روش استفاده از میکروپیپت مشابه است.
تصویر شماتیک از مقطع عرضی هد پرینتر توسعه یافته شده. ابتدا سوسپانسیون سلولی به محفظه تزریق میشود. هنگامی که با استفاده از محرک پیزوالکتریک، غشا لرزانده میشود قطرات سلول از نازل خارج میشوند.