در کاربردهای بالینی و مطالعات دارویی، ساخت یک مدل سه بعدی آزمایشگاهی برای شبیه سازی کبد انسان، از اهمیت به سزایی برخوردار است. با این حال، استراتژی‌های فعلی پرینت زیستی، در ایجاد ریز بافت‌های حاوی سلول با ساختارهای مشابه با بافت طبیعی ‌بسیار محدود است. در سال‌های اخیر در پزشکی بازساختی، انواع مختلفی از تجمع سه بعدی سلول مانند اسفروئیدها، ارگانوئید‌ها و جوانه‌های بافتی (tissue buds) توسعه یافته است. قطر کوچک این ساختارها (۳۰۰ تا ۶۰۰ میکرومتر) امکان تزریق مستقیم آن ها به بدن را فراهم می‌کند. علاوه بر این، بالا بودن نسبت سطح به حجم در ساختارهای حاوی سلول، منجر به زنده‌مانی بالای سلول در کشت‎‌های طولانی مدت می‌شود. با این حال، در بسیاری از مطالعات، تنها از یک نوع سلول یا مخلوطی همگن از چند نوع سلول بدون الگویی خاص استفاده شده است. برای تولید اسفروئید می‌توان از روش‌های مختلفی از جمله کشت تعلیقی با استفاده از spinner flask، rotating wall vessel، قطرات معلق (hanging drop)، پرینت زیستی سه بعدی و روش میکروسیال استفاده کرد. در این میان، روش‌های مبتنی بر ریزساخت، مانند پرینت زیستی و میکروسیال، از نظر یکنواختی اندازه و تولید در مقیاس بالا نسبت به سایر روش‌ها عملکرد بهتری دارند.

اخیرا محققان کره‌ای با استفاده از فناوری پرینت زیستی موفق به ارایه روشی برای تولید ریز بافت‌های اسفروئیدی مشابه لوبول کبدی شده‌اند. در این مطالعه محققان با ادغام دو روش پرینت زیستی و امولوسیون میکروسیال، یک روش کارآمد برای تولید سریع اسفروئیدهایی با اندازه‌ی یکنواخت، ایجاد کرده‌اند. نکته‌ی قابل توجه در این مطالعه استفاده از یک کاتریج پیش ساز برای ایجاد الگویی خاص در نحوه‌ی قرارگیری سلول در اسفروئید است. کارتریج پیش ساز، دارای مقطع عرضی مشابه با ساختار مورد نظر می باشد و به منظور جلوگیری از ترکیب جوهرهای زیستی است. ویسکوزیته جوهرها همچنین مانع از اختلاط دو جوهر درحین خروج شده و امکان ایجاد ساختارهای عرضی بدون تغییر شکل را فراهم می‌کند.

همانطور که در شکل ۱ مشاهده می‌شود سطح مقطع کارتریج پیش ساز مشابه با سطح مقطع اسفروئید است و با هدف تقلید از ساختارهای شبیه لوبول کبد، به دو بخش پارانشیمی و عروقی تقسیم شده است. هر محفظه با جوهر زیستی مورد نظر (جوهر زیستی کلاژن حاوی سلول کبدی و جوهر زیستی کلاژن حاوی سلول اندوتلیال) پر می‌شود. برای ایجاد ساختار اسفروئید از یک نازل هم محور استفاده می‌شود. نازل داخلی به کارتریج و نازل خارجی به یک لوله‌ از جنس پلی استایرن، حاوی سیال آب‌گریز متصل است. در اثر تنش ایجاد شده توسط فاز پیوسته (سیال آب‌گریز)، فاز پراکنده (جوهر زیستی) به صورت قطره قطره در می‌آید. اندازه قطرات با قطر نازل داخلی و میزان جریان فازهای پراکنده و پیوسته تنظیم می‌شود.

شکل ۱) تصویر شماتیک از ساختار کارتریج پیش‌ساز و نازل هم محور.

در این مطالعه ‌‌اسفروئیدهای حاوی سلول با قطر یکنواخت و سرعت تقریبی ۴۵ عدد در هر دقیقه تولید شدند. در کشت طولانی مدت، اسفروئیدهای دارای الگوی خاص، زنده‌مانی بالا و یکپارچگی بیشتری نسبت به اسفروئیدهای بدون الگو نشان دادند. علاوه بر این، اسفروئیدهای دارای الگو سطح بالای بیان MRP2، البومین و CD31 را نیز نشان دادند.

شکل ۲) تست رنگ‌آمیزی سلولی و مقایسه‌ی مورفولوژی اسفروئیدهای ساخته شده دارای الگوی خاص و بدون الگو. (رنگ سبز: سلول‌های کبدی و رنگ قرمز: سلول‌های اندوتلیال).

منبع:

Hong, G., Kim, J., Oh, H., Yun, S., Kim, C.M., Jeong, Y.M., Yun, W.S., Shim, J.H., Jang, I., Kim, C.Y. and Jin, S., Production of Multiple Cell‐Laden Microtissue Spheroids with a Biomimetic Hepatic‐Lobule‐Like Structure. Advanced Materials, p.2102624.