تمكن العلماء لأول مرة من الهندسة الحيوية لقرنية بشرية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يمكن أن تكون دفعة لعمليات زرع القرنية.
القرنية هي شفاف الطبقة الخارجية للعين على شكل قبة. القرنية هي العدسة الأولى التي يمر من خلالها الضوء قبل أن يصل إلى شبكية العين في الجزء الخلفي من العين. تلعب القرنية دورًا مهمًا جدًا في تركيز الرؤية عن طريق نقل الضوء المنكسر. كما أنه يوفر الحماية لأعيننا وأي ضرر أو إصابة يمكن أن تسبب ضعفًا شديدًا في الرؤية وحتى العمى. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية، يحتاج حوالي 10 ملايين شخص في جميع أنحاء العالم إلى إجراء عملية جراحية للوقاية من عمى القرنية الذي يحدث نتيجة لمرض مثل التراخوما أو بعض الأمراض. عين اضطراب. يعاني خمسة ملايين شخص من العمى التام الناجم عن تندب القرنية بسبب الحروق أو التآكل أو بعض الحالات الأخرى. العلاج الوحيد للقرنية المتضررة هو الحصول على زرع القرنيةومع ذلك، فإن الطلب يتجاوز العرض في عمليات زرع القرنية. كما أن هناك العديد من المخاطر/المضاعفات المرتبطة بعمليات زرع القرنية بما في ذلك عدوى العين واستخدام الغرز وما إلى ذلك. المشكلة الأكثر أهمية وخطورة هي أنه في بعض الأحيان يتم رفض الأنسجة المانحة (القرنية) بعد إجراء عملية الزرع. وهذا وضع محفوف بالمخاطر وعلى الرغم من أنه نادر الحدوث فإنه يحدث في 5 إلى 30 بالمائة من الحالات المرضى.
أول قرنية بشرية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد
في دراسة نشرت في بحوث العين التجريبية، استخدم العلماء في جامعة نيوكاسل بالمملكة المتحدة في ذلك الوقت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) لإنتاج أو "تصنيع" القرنية للعين البشرية ، وقد يكون هذا مفيدًا للحصول على القرنية للزراعة. باستخدام تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد الراسخة ، استخدم الباحثون الخلايا الجذعية (من القرنية البشرية) من قرنية متبرع سليم وقاموا بخلطها مع الجينات والكولاجين لخلق حل يمكن طباعته. هذا الحل المسمى بالحبر الحيوي هو أهم مطلب لطباعة أي شيء ثلاثي الأبعاد. يعد Bioprinting امتدادًا للطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية ولكنه يتم تطبيقه على المواد الحية البيولوجية ولهذا السبب يجب استخدام الحبر الحيوي بدلاً من ذلك والذي يتكون من "هياكل الخلايا الحية". هلامهم الفريد - الذي يتكون من الجينات والكولاجين - قادر على الحفاظ على الخلايا الجذعية حية وفي نفس الوقت ينتج مادة صلبة بما يكفي للبقاء في شكل لكنها لا تزال طرية لتكون قادرة على إخراجها من طابعة ثلاثية الأبعاد. استخدم الباحثون طابعة حيوية ثلاثية الأبعاد بسيطة وغير مكلفة تم فيها تنظيم الحبر الحيوي الذي أعدوه بنجاح في دوائر متحدة المركز لتشكيل شكل قبة القرنية الاصطناعية. تم تحقيق "الشكل المنحني" المميز للقرنية مما يجعل هذه الدراسة ناجحة. استغرق إجراء الطباعة هذا أقل من 10 دقائق. ثم شوهد أن الخلايا الجذعية تنمو.
منذ شعبية 3D ومع ظهور الطباعة الحيوية، كان الباحثون يبحثون عن أفضل حبر حيوي مثالي لتصنيع القرنيات بشكل عملي وفعال. وقد أخذت هذه المجموعة في جامعة نيوكاسل زمام المبادرة وحققتها. وقد أظهرت نفس المجموعة من الباحثين في وقت سابق أنهم أبقوا الخلايا حية لعدة أسابيع في درجة حرارة الغرفة داخل هلام بسيط من الجينات والكولاجين. ومن خلال هذه الدراسة، تمكنوا من نقل هذه القرنية القابلة للاستخدام مع بقاء الخلايا قابلة للحياة بنسبة 83 بالمائة لمدة أسبوع واحد. لذلك، يمكن طباعة الأنسجة دون القلق بشأن ما إذا كانت ستنمو أم لا (أي ستبقى على قيد الحياة) حيث يمكن تحقيق كلا الأمرين في نفس الوسط.
صنع القرنية الخاصة بالمريض
أظهر الباحثون أيضًا في هذه الدراسة أنه يمكن بناء القرنية لتلائم المتطلبات الفريدة لكل مريض. أولاً ، يتم مسح عين المريض ضوئيًا مما ينتج عنه بيانات تتطابق مع "القرنية المطبوعة" بالشكل والحجم المطلوبين بالضبط. يتم أخذ الأبعاد من القرنية نفسها مما يجعل الطباعة دقيقة للغاية وممكنة. تم اختبار تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في الإنتاج مصطنع القلب وبعض الأنسجة الأخرى. تم إنشاء أنسجة مسطحة في الماضي ولكن وفقًا للمؤلفين ، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج قرنيات "على شكل". على الرغم من أن هذه الطريقة لا تزال تتطلب قرنية متبرع سليم ، إلا أن الخلايا الجذعية تستخدم بنجاح لتنمو إلى المزيد من الخلايا في القرنية الاصطناعية. لن تقوم قرنية واحدة سليمة "باستبدال" القرنية التالفة ولكن يمكننا زراعة خلايا كافية من قرنية متبرع واحدة لطباعة 50 قرنية اصطناعية. سيكون هذا سيناريو أكثر فائدة من مجرد إجراء عملية زرع واحدة.
Future
لا تزال هذه الدراسة في مرحلة أولية وتحتاج القرنيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى مزيد من التقييم. يذكر الباحثون أن عملهم سيستغرق عدة سنوات قبل أن يمكن استخدام مثل هذه القرنية الاصطناعية في عمليات الزرع لأن التجارب على الحيوانات والبشر لا تزال قيد التنفيذ. يجب أيضًا التحقق مما إذا كانت هذه المادة تعمل وتحتاج إلى الكثير من الضبط الدقيق. الباحثون واثقون من أن هذه القرنيات الاصطناعية ستكون متاحة للاستخدام العملي في غضون السنوات الخمس المقبلة. لا يعد توفر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مشكلة الآن حيث أصبحت غير مكلفة والطباعة الحيوية آخذة في الظهور بشكل جيد وقد تكون هناك إجراءات قياسية متاحة في غضون سنوات قليلة. يتجه المزيد من التركيز الآن نحو استخدام الخلايا الجذعية لإعادة بناء الأنسجة التالفة أو استبدالها بينما يتم تبسيط جانب الطباعة من الطريقة في الغالب.
تعد هذه الدراسة خطوة مهمة نحو حل يمكن أن يمنحنا إمدادًا غير محدود من القرنيات للزرع في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك ، يفكر الباحثون في شركة إيطالية في اتجاه إنشاء "عيون مطبوعة ثلاثية الأبعاد" في نهاية المطاف والتي سيتم إنشاؤها بطريقة مماثلة باستخدام الحبر الحيوي المحتمل الذي يشمل الخلايا الواضحة المطلوبة لاستبدال تلك الموجودة في مجموعة طبيعية من العيون . يمكن أن تتنوع الأحبار الحيوية في مجموعات مختلفة حسب المتطلبات المحددة. إنهم يهدفون إلى أن تكون هذه "العيون الاصطناعية" في السوق بحلول عام 3. أنتجت الدراسة الشكل الأكثر تقدمًا من القرنية الاصطناعية وسلطت الضوء على الطباعة الحيوية كحل محتمل لنقص الأعضاء والأنسجة.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
آيزاكسون إيه وآخرون. 2018. 3D bioprinting لما يعادل سدى القرنية. بحوث العين التجريبية.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
