طبق آمار منتشر شده بیش از ۵۰۰،۰۰۰ نفر در ایالات متحده از آسیب نخاعی رنج می برند و هزینه های روانی و اقتصادی زیادی را به همراه دارند. چاپ سه بعدی ساختار سیستم عصبی مرکزی (CNS) به دلیل پیچیدگی معماری که دارد تاکنون انجام نشده است. به تازگی یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه کالیفرنیا یک ایمپلنت نخاعی سه بعدی را توانستند چاپ کنند که قادر است عصب های اندام های پشتی موش هایی که دارای صدمات نخاعی بودند را بازسازی کند. نتایج این تحقیق در مجله Nature Medicine به چاپ رسیده است. این اولین ساختار سیستم عصبی مرکزی پیچیده چاپ شده است که با استفاده از یک روش پیشرفته چاپ زیستی به نام “پرینت پیوسته طرح در مقیاس میکرو” (μCPP) ساخته شده است که نسبت به روش های معمول چاپ سه بعدی تقریبا ۱۰۰۰ بار سریعتر است و رزولوشن بالاتری دارد.
بازسازی نخاع بدلیل پیچیدگی و عدم توانایی سیستم عصبی در بازسازی، کار دشواری است و به همین دلیل می توان گفت آسیب نخاعی یک آسیب جبران ناپذیر است و اغلب به فلج دائمی منجر می شود. بخشی از این چالش این است که آکسون های بلند و باریک سلول های عصبی ستون فقرات بسیار حساس هستند و به مواد مورد استفاده در ایمپلنت یا سایر سیستم های بازسازی، حساسیت زیادی نشان می دهند. این گروه تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا مواد متعددی را آزمایش کردند تا سازگارترین ماده را با آکسون ستون فقرات پیدا کنند و در نهایت به این نتیجه رسیدند که هیدروژلی از جنس پلی اتیلن گلیکول-ژلاتین متاکریلات (PEG-GelMA) سازگاری زیادی با آکسون های ستون فقرات دارد. با استفاده از این هیدروژل، یک داربست نخاعی برای موش صحرایی طراحی و چاپ شد.
برای تقلید ماده خاکستری نخاع که بدون آکسون است (بخش داخلی) ، ناحیه ی H شکل که بصورت جامد است و هم چنین برای تقلید ماده سفید، که از طریق آن آکسون ها پخش می شوند (بخش بیرونی داربست) میکروکانال های ۲۰۰ میکرومتری طراحی شده که به هدایت عصب ها کمک می کند. در حالیکه یک پرینتر زیستی معمولی ممکن است در مدت چند ساعت یک ایمپلنت ۲ میلی متری را تولید کند اما با روش μCPP این قطعه در ۱٫۶ ثانیه پرینت می شود. در این روش نور UV به سرتاسر سطح ماده که شامل هیدروژل و سلولهای عصبی است تابیده می شود و کل ساختار با هم جامد می شود.
نتایج آزمون درون تنی نشان داد که با استفاده از این ایمپلنت ها، ستون فقرات موش ها به آرامی و به مدت چهار هفته بهبود یافتند. این داربست ها شکل خود را در طی چهار هفته حفظ کردند و پس از آن در مدت پنج ماه شروع به تخریب نمودند. در طی انجام آزمون درون تنی نشانه ی التهاب در موش ها دیده نشد.
![]()
شکل : ایمپلنت PEG/GelMAچاپ شده به صورت سه بعدی به عنوان داربست برای جراحی نخاعی در موش صحرایی . نقاط اطراف هسته H به شکل فضای های توخالی هستند که از طریق آن سلول های بنیادی عصبی می توانند آکسون ها را به سمت بافت گسترش دهند.
