تستخدم هذه الطابعة ثلاثية الأبعاد الحبر المصنوع من الميكروبات لطباعة النقط التي هي على قيد الحياة

هيكل حي بطباعة ثلاثية الأبعاد. (جوشي وآخرون ، نيتشر كوميونيكيشنز ، 2021)

لقد رأينا كيف يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تحدث ثورة في عمليات تصنيع معينة - سواء على الأرض أوأي مكان آخر- ولكن هناك مجال بحثي متزايد يبحث في الطرق التي يمكن بها تطبيق ذلك لإنتاج الهياكل البيولوجية الحية أيضًا.

في دراسة جديدة ، حدد العلماء نوعًا جديدًا من 'الحبر الحي' أو الأحيائي المصنوع من المبرمج الإشريكية القولونية الخلايا البكتيرية ، والتي يمكن طباعتها ثلاثية الأبعاد لإنشاء الهلاميات المائية في أنواع مختلفة من الأشكال التي تطلق أنواعًا مختلفة من الأدوية أو تمتص السموم ، اعتمادًا على كيفية هندستها.

ما يجعل هذا النهج مختلفًا عن الروابط الحيوية السابقة هو كيفية استخدامه للبرمجة الجينية للتحكم في الخصائص الميكانيكية للحبر نفسه - مما يؤدي إلى نتائج نهائية أفضل في المواد النهائية واستخدامات أكثر عملية للحبر (بعض الروابط الحيوية الحالية لا تعمل بشكل صحيح في درجة حرارة الغرفة ، على سبيل المثال).



أمثلة على الرابط الحيوي المطبوع. (جوشي وآخرون ، نيتشر كوميونيكيشنز ، 2021)

'تحتوي الشجرة على خلايا مدمجة بداخلها وتتحول من بذرة إلى شجرة عن طريق استيعاب الموارد من محيطها من أجل تفعيل برامج بناء الهياكل هذه' ، يقول عالم الأحياء الكيميائية نيل جوشي من جامعة نورث إيسترن في ماساتشوستس.

'ما نريد القيام به هو شيء مماثل ، ولكن حيث نقدم تلك البرامج في شكل الحمض النووي الذي نكتبه ، والهندسة الوراثية.'

الطريقة التي تعمل بها هي الهندسة الحيوية للخلايا البكتيرية لتكوين ألياف نانوية حية. ال بكتريا قولونية تم دمج الخلايا مع مواد أخرى لتكوين الألياف ، باستخدام عملية كيميائية مستوحاة من الليفين - بروتين يلعب دورًا رئيسيًا في تجلط الدم في الثدييات.

يمكن بعد ذلك إدخال هذه الألياف النانوية القائمة على البروتين في طابعة ثلاثية الأبعاد ومعالجتها في أشكال مختلفة. على عكس الروابط الحيوية السابقة ، هذا لا يستخدم أي مواد اصطناعية ، وبدلاً من ذلك فهو بيولوجي بالكامل. يتم عصره مثل معجون الأسنان ، لكن يمكنه بعد ذلك الحفاظ على شكله إذا تم منعه من الجفاف.

حتى الآن ، تم استخدام هذه التقنية لصنع أجسام صغيرة جدًا: دائرة ومربع ومخروط. ولكن الآن بعد أن أظهر العلماء أن الحبر الميكروبي يمكن طباعته ثلاثية الأبعاد بهذه الطريقة ، فإنه يفتح المزيد من الاحتمالات للمستقبل.

إذا كنت ستأخذ هذا المخروط بأكمله وتغمسه في بعض محلول الجلوكوز ، فإن الخلايا ستأكل هذا الجلوكوز وستصنع المزيد من تلك الألياف وتنمو المخروط إلى شيء أكبر ، يقول جوشي .

هناك خيار للاستفادة من حقيقة وجود خلايا حية هناك. ولكن يمكنك أيضًا قتل الخلايا واستخدامها كمادة خاملة.

في التجارب ، كان الفريق قادرًا على الجمع بين الكائنات الحية والميكروبات الأخرى لأداء مهام محددة: امتصاص المواد الكيميائية السامة ، على سبيل المثال ، أو تقديم مضاد سرطان دواء. يقول الباحثون إنه في المستقبل ، يمكن أيضًا تصميم الحبر للتكرار الذاتي.

هذه الدراسة مبنية على عمل سابق من نفس الفريق ، يبحث في كيفية القيام بذلك بكتريا قولونية يمكن تشكيل الخلايا في هيدروجيل يتكاثر ذاتيًا عندما يتلامس مع نسيج معين - مما يفتح طريقة تصنيع جديدة ومستدامة يمكن استخدامها على القمر و كوكب المريخ وكذلك هنا على الأرض.

على الرغم من أن الرابط الحيوي القابل للطباعة ثلاثية الأبعاد لم يتم استخدامه إلا على نطاق صغير حتى الآن ، إلا أنه يمكن استخدامه في النهاية في كل شيء بدءًا من بناء هياكل ذاتية الشفاء إلى إنتاج أغطية زجاجات قادرة على إزالة المواد الكيميائية الخطرة من الماء.

'علم الأحياء قادر على القيام بأشياء مماثلة ،' يقول جوشي . فكر في الفرق بين الشعر المرن وقرون الغزلان أو وحيد القرن أو شيء من هذا القبيل. إنها مصنوعة من مواد متشابهة ، لكن لها وظائف مختلفة جدًا. لقد اكتشف علم الأحياء كيفية ضبط تلك الخصائص الميكانيكية باستخدام مجموعة محدودة من اللبنات الأساسية.

تم نشر البحث في اتصالات الطبيعة .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.