How to 3D print human tissue - Taneka Jones

المترجم: Ayman Hosny المدقّق: Nada Qanbar

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

إن مئات الآلاف من البشر على قوائم انتظار زراعة الأعضاء،

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

ينتظرون أعضاءً حيوية هامة مثل؛ الكلُى، القلب، الكَبد

that could save their lives.

لا تستمر حياتهم دونهـا.

Unfortunately,

للأسف،

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

معدل التبرع بالأعضاء البشرية غير كافٍ لتـلبية ذلك الطلـب.

What if instead of waiting,

فمـاذا لو كان بديل الانتظار،

we could create brand-new, customized organs from scratch?

أن يكون بوسعنا إنتاج أعضاء جديدة ومخصّصة من البداية؟

That’s the idea behind bioprinting,

تلك هي الفكرة وراء الطـبــاعـة الحيـويّـة،

a branch of regenerative medicine currently under development.

ذلك الفرع من الطـب التجـديـدي الذي يجري العمل حالياً على تطويره.

We’re not able to print complex organs just yet,

حتى هذه اللحظة، فإننا غير قادرين على طبـاعـة أعضاء مُـركَّبـة،

but simpler tissues including blood vessels and tubes

ولكن بالنسبة إلى الأنسجة بما في ذلك الأوعيـة الدموية والمجاري المسؤولة

responsible for nutrient and waste exchange

عن التغذية وتصريف الفضلات

are already in our grasp.

كل ذلك في مقدورنا طباعتـه.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

إن الطباعة الحيويّة هي الرديف الحيويّ للطبــاعة ثـلاثية الأبعــاد،

a technique that deposits layers of material on top of each other

إنها تقنية من شأنها ترسيب طبقات من المادة فوقها فوق بعض

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

لبنــاء شكـلٍ ثلاثيّ الأبعـــاد ذي شريحة واحدة في المرة الواحدة.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

عوضاً عن المواد المعدنية أو البلاستيكية، أو الخزفية،

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

فـإن الطــابـعة ثلاثـيّــة الأبـعـــاد للأعضاء والأنسجة تستخدم أحباراً حيوية:

a printable material that contains living cells.

وهي عبارة عن مادة قـابلة للطبـاعة تحتوي على خـلايــا حيّـة.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

إن هذه الأحبار الحيوية عبارة عن جزيئات غنية بالمـاء تُدعى جزيئات الهيدروجِل.

Mixed into those are millions of living cells

ويخالط هذه الجزيئات ملايينُ من الخلايــا الحيّــة

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

إضافةً إلى العديد من العناصر الكيميائية التي تحفّز الخلايـا على الالتئـام والنموّ.

Some bioinks include a single type of cell,

بعض هذه الأحبار يحتوي على نوع واحد من الخلايا،

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

بينما تَمزج أخرى بين أنواع مختلفة من الخلايا لإنتاج هياكل أكثر تعقيداً.

Let’s say you want to print a meniscus,

لنفترض أننا بصدد طبــاعـة غضروف مفصليّ،

which is a piece of cartilage in the knee

الذي هو جزء من غضروف الرُكبـة

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

والذي من شأنه الحفاظ على عظْمة الساق وعظمة الفخذ من سحق بعضهما بعضاً.

It’s made up of cells called chondrocytes,

وكلاهما يتكـوّن من ثمة خلايـا تُدعى "الخـلايــا الغضروفيـة"،

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

وستحتــاج إلى مُـزوِّد صحيّ لإمدادك بالحِبر الحيوي من هذا النوع من الخلايا.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

هذه الخلايا يُمكن استقبالها من متبرعين تكون خلاياهم من النوع الذي يتكاثر معملياً.

Or they might originate from a patient’s own tissue

أو ربما تكون من الخلايا الأصلية وتُستخلص من أنسجة المريض ذاته

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

لطبــاعـة غضاريف متناغمة حيوياً وتقل معها احتمالات لـفظ الجسم لها.

There are several printing techniques,

وهنـالك أساليب شتى للطبــاعـة،

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

ويعدّ أسلوب الطّبع الحيويّ القـاذِف أشهرهم على الإطــلاق.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

في هذا النوع، يجري تحميل الحِبر الحيوي داخل غرفة الطبــاعـة

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

ومن ثم يُدفَـع به عبر فتحة دائرية تتصل بالـرأس الطـــابِـعة.

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

يتدفق الحبر من فتحة تبلغ بالكــاد 400 ميكرون عند قُـطرهــا،

and can produce a continuous filament

ومن شأن ذلك إنتاج ما هو على هيئة خيْط نحيل متصل

roughly the thickness of a human fingernail.

تقريباً في سمــاكَـة ظُـفـرٍ بشــري.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

تشير الصورة الحـاسوبية إلى موضع الوشـائج الناتجة عن عملية الطبــاعـة،

either onto a flat surface or into a liquid bath

سواء على سطح مستوٍ أو في ســائـل

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

وتساعد في تثبيت الهيكل الذي تجري طباعته حتى يتحقق له حالة من الاستقرار والتماسك.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

إن هذه الطــابعـات هي من السرعة بحيث يمكنها طباعة الغضروف في نصف ساعة،

one thin strand at a time.

وشـيجة نـحيلة واحدة في كل حركة.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

بعد الطـباعة، تتماسك بعض الأحبار على الفور

others need UV light or an additional chemical or physical process

بينما يحتاج الآخر إلى الأشعة فوق البنفسجية أو إلى عملية كيميائية أو فيزيائية إضافية

to stabilize the structure.

لكي يتمــاسـك ويستـقر قوامهـا.

If the printing process is successful,

فـإذا نجحت عملية الطبــاعـة،

the cells in the synthetic tissue

فإن الخـلايـا داخل الأنسجة الاصطناعية

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

سوف تتصرف على غرار الخـلايــا الطبيعية:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

بحيث تتكامَـل فيما بينها، وتتبـادل العنـاصر الغذائية، وتتكـاثـر.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

وبمقدورنا كذلك طبــاعـة هياكل بسيطة نسبياً مثل تلك الغضاريف.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

فالمثانة المطبوعة حيويًا جرت زراعتها بنجاح،

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

والأنسجة المطبوعة عززت تجديد أعصاب الوجه لدى الفئران.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

ونجح الباحثون في طباعة الرئة، وأنسجة الجِلد، وغضاريف المفاصِل،

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

بالإضافة إلى نماذج مصغرة تؤدي نصف الوظيفة مِــن الكُـلــى، والكـبـد، والقـلـب

However, replicating the complex biochemical environment

علماً بأن توفير البيئة الكيميائية المعقدة

of a major organ is a steep challenge.

لعضو رئيسي في الجسم هو تحدٍ بالغ الخطورة.

Extrusion-based bioprinting may destroy

إن أسلوب الطّبع الحيويّ القـاذِف ربما يتسبب في تـدميــر

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

نسبة لا يستهان بها من الخـلايــا في الحِبر لو أن الفوّهة كانت صغيرة جداً،

or if the printing pressure is too high.

أو لو كان معدل الضغط مرتفعاً جداً.

One of the most formidable challenges

بينما يبرز التحدي الأكبر على الإطلاق

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

في كيفية دعم خلايا الأجهزة الحيوية الكبيرة بالأكسجين والعناصر الغذائية.

That’s why the greatest successes so far

وهذا يفسّـر أن النجاحات الكبرى حتى الآن

have been with structures that are flat or hollow—

تكون من خلال طباعة الهياكل مستوية السطح أو الهياكل الجــوفــاء...

and why researchers are busy developing ways

وهو ما دفع البـاحثين إلى العمل على تطوير الأســالـيب

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

لدمـج أوعية دموية في الأنسجة المطبوعـة.

There’s tremendous potential to use bioprinting

ثمة احتمالية كبرى لاستخدام الطابعة الحيوية

to save lives and advance our understanding

لبقـائنـا على قيد الحيــاة وتطوير فهمنـا

of how our organs function in the first place.

عن أداء أجهزتنـا الحيوية لوظـائفها فِـي المقــام الأول.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

وتفتح التقنيات مجموعة مذهلة من الاحتمالات،

such as printing tissues with embedded electronics.

مثل طـباعــة الأنسجـة مع دمجهـا بدعامات تقنية.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

هل بوسعنا أن نرى اليوم الذي ننسج فيه أعضاء تتجاوز ما للإنسان المعاصر من قدرات،

or give ourselves features like unburnable skin?

أو نمنح لأنفسنـا قدرات خاصة مثل الجلد غير القابل للحرق؟

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

بعد طباعة الأجهزة الحيوية في جسم الإنسان، واستبدالها، فكم سنة يُحتمـل أن نبقى أحياء؟

And exactly who—and what—

ومَـنْ -ومـاذا- على وجـه التحـديـد

will have access to this technology and its incredible output?

سوف يتمكّن من الوصول إلى هذه التقنية ومـا يصــدر عنهـا مِـن منتجــات؟