به فرآیند پرینت زیستی بر روی بیمار در حین عمل جراحی تکنولوژی IOB (Intraoperative bioprinting) گفته می‌شود. اخیرا محققان با استفاده از این روش موفق به رهایش مستقیم مواد زیستی فعال شده با ژن در محل‌ نقص جمجمه، فک و صورت (CMF) شده‌اند. هدف از این روش این است که جراحان بتوانند ضایعات استخوانی را که به راحتی بهبود نمی‌یابند به سرعت پر کنند و با رهایش همزمان فاکتورهای رشد از مواد زیستی فعال شده با ژن برای تحریک ترمیم استخوان استفاده کنند. این ژن‌ها شامل فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF-B) است که منجر به مهاجرت و تکثیر سلول‌های مجاور به ساختار می‌شود. همچنین از پروتئین مورفوژنتیک استخوان (BMP-2) برای تحریک استخوان‌سازی استفاده شده است. از آنجایی که ژن‌ها توسط سلول‌های درون سازه برای مدت طولانی بیان می‌شوند می‌توان از این روش در بهبود طولانی‌ مدت استفاده کرد.

ترمیم نقایص بزرگ در استخوان یک چالش است و دانشمندان زمان زیادی را صرف آزمایش مواد زیستی مختلف در این زمینه کرده‌اند و هدف آن ایجاد داربستی است که می‌تواند سلول‌های خود بدن را در طول ترمیم استخوان حمایت و تحریک کند. آنها همچنین با ترکیب مواد ژنتیکی در ایمپلنت‌های زیستی تلاش کرده‌اند تا روند بهبودی را تسریع بخشند و سلول‌ها را به مسیر دلخواه هدایت کنند. به طور معمول، ایمپلنت‌ها، سازه‌هایی از پیش ساخته شده‌اند که باید برش داده شوند و متناسب با ناحیه کاشته شوند. با این حال، در رویکرد جدید مواد زیستی مستقیماً در محل ضایعه در حین جراحی چاپ زیستی می‌شوند و  به جراح این اجازه را می‌دهد تا به راحتی عیوب نامنظم را پر کند.

ابراهیم ازبولات، یکی از توسعه دهندگان این تکنیک جدید، بیان می‌کند: “فاکتورهای رشد برای رشد سلول ضروری هستند. ما در این طرح از دو ژن مختلف استفاده می‌کنیم که دو فاکتور رشد متفاوت را رمزگذاری می‌کنند. این فاکتورهای رشد به سلول‌های بنیادی کمک می‌کنند تا به ناحیه‌ی نقص مهاجرت کنند و سپس به سلول‌های پیش ساز کمک می‌کنند تا به استخوان تبدیل شوند.”

 شکل ۱) تصویر  A) پرینت زیستی جوهر استخوانی در محل ضایعه در حین جراحی. B, C, D, E) روند بهبود ضایعه پس از ۶ هفته در گروه‌های مختلف.

در این طرح ژن‌ها به شکل پلاسمیدها که حلقه‌های کوچکی از DNA هستند و معمولاً در باکتری‌ها یافت می‌شوند، رهایش یافتند. محققان این سازه را به گونه‌ای طراحی کردند تا ژن‌ها را در دوره‌های زمانی مختلف آزاد کند و از آبشارهای بیوشیمیایی و بیان متوالی ژن که به طور طبیعی در طی فرآیندهای فیزیولوژیکی در بدن رخ می دهد تقلید کنند. PDGF-B به عنوان یک پلاسمید ساده به سرعت و در طی ۱۰ روز رهایش یافت. نانو ذرات کیتوسان با استفاده از با استفاده از تری‌پلی‌‌فسفات (TPP) و به روش یونی تهیه شدند. pDNA با استفاده از بار منفی پلی آنیون TPP و بار مثبت کیتوسان به روش ژل یونی در سامانه بارگذاری شد. با این حال، BMP-2 در نانوذرات کیتوسان کپسوله شد و در مدت زمان بسیار طولانی‌تری به مدت ۵ هفته آزاد شد. همان‌طور که در شکل ۱ مشاهده می‌شود در نمونه پرینت شده با جوهر زیستی حاوی PDGF-B و BMP-2 روند درمان و استخوان سازی نتایج بهتری نشان می‌دهد.

شکل ۲) تصویر شماتیک از ساخت نانو کپسول کیتوسان به روش یونی با استفاده از TPP.

تا کنون، این تکنولوژی در یک مدل موش با نقص استخوانی آزمایش شده و نتایج نشان می‌دهد که ماده فعال شده با ژن، تقریباً ۹۰ درصد پوشش استخوانی یک نقص استخوانی را در یک دوره شش هفته‌ای امکان‌پذیر می‌کند، در حالی که این میزان در موش‌های کنترل که هیچ درمانی را دریافت نکرده‌اند ۲۵ درصد گزارش شده است.

منبع:

Moncal, Kazim K., et al. “Controlled Co-delivery of pPDGF-B and pBMP-2 from intraoperatively bioprinted bone constructs improves the repair of calvarial defects in rats.” Biomaterials 281 (2022): 121333.