امروزه از پرینت سه بعدی زیستی به عنوان یک فناوری ساخت برای ایجاد سازه‌های سه بعدی حاوی سلول به منظور  شبیه سازی عملکرد بافت و ارگان استفاده می‌شود. به طور کلی می‌توان بر مبنای عدم استفاده یا استفاده از هیدروژل‌های حمایتی، پرینت زیستی را به دو روش تقسیم کرد. در روش اول سلول یا پلاک سلولی با استفاده از نیروی مغناطیسی یا میکرونیدل‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند. در روش دوم سلول‌ها در یک زیست جوهر بر مبنای هیدروژل توزیع و سپس پرینت می‌شوند. سازه پرینت شده در حین فرایند یا پس از آن کراس لینک و پایدار می‌شود. سهولت در ایجاد سازه‌های سه بعدی با هندسه پیچیده و کنترل عملکرد سلول با تغییر در خواص مکانیکی داربست، از مزیت‌های این روش به حساب می‌آید. در این روش پرینترهای زیستی در سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند: جوهر افشان، اکستروژن و لیزری، که در میان این روش‌ها پرینت به روش اکستروژن که در آن زیست جوهر به صورت لایه‌ای اکسترود می‌شود رایج ‌تر است. در این روش مشخصه‌های رئولوژیک جوهر زیستی، قابلیت پرینت‌پذیری آن را مشخص می‌کند.

به طور کلی با افزایش ویسکوزیته می‌توان قابلیت پرینت پذیر بودن جوهر را بهبود بخشید. اما افزایش ویسکوزیته باعث افزایش تنش برشی در هنگام پرینت می‌شود که می‌تواند به سلول‌های موجود در جوهر زیستی آسیب برساند، همچنین مقاومت در برابر جریان افزایش یافته که می‌تواند منجر به گرفتگی سر سوزن دستگاه شود. یکی از راهکارهای بهبود قابلیت پرینت‌پذیری بدون آسیب رساندن به سلول، استفاده از نانو موادی مانند نانو سیلیکات، نانو هیدروکسی‌آپاتیت، نانو الیاف سلولزی و… است. به کمک این روش با افزایش نیرو ویسکوزیته کاهش می‌یابد (رفتار shear thinning).

بر این مبنا محققان دانشگاه اوزاکا (ژاپن) با استفاده از تجزیه مکانیکی ابریشم، نانو الیاف ابریشمی را بدست آورده‌اند که با افزودن به جوهر زیستی، منجر به بهبود فرایند پرینت زیستی جوهرهای حاوی سلول، بدون تحت تاثیر قرار دادن زنده‌مانی سلول‌ها می‌شود.

در سال‌های اخیر استفاده از ابریشم کرم ابریشم، متشکل از دو پروتئین فیبروین و سریسین، به دلیل زیست سازگاری، عملکرد مکانیکی خوب، سهولت در پردازش و در دسترس بودن رایج شده است. ابتدا محققان این گروه با هدف جلوگیری از بروز التهاب در بیمار، پروتین سرسین را از ابریشم جدا کردند، سپس زیست مواد باقی مانده را به صورت نانو الیاف درآورده و برای استفاده استریل کردند. سپس تاثیر نانوالیاف بر خواص مکانیکی زیست جوهر و عملکرد سلول‌ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق در ژورنال Materials Today Bio به چاپ رسیده است.

تصویر ۱) به ترتیب از چپ به راست: تصاویری از پیله کرم ابریشم، الیاف فیبروئین ابریشم، نانو الیاف فیبروئین ابریشم (SFNF) و نهایتا جوهر زیستی حاوی SFNF آماده برای پرینت سه بعدی.

منبع:

https://www.3dmednet.com/silk-fibers-provide-integrity-and-prevent-cell-damage-in-3d-printed-biological-constructs/

Sakai S, Yoshii A, Sakurai S, Horii K, Nagasuna O. Silk fibroin nanofibers: a promising ink additive for extrusion three-dimensional bioprinting. Materials Today Bio. 8, 100078 (2020);