How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Translator: Sarah Saadatirad Reviewer: ‌Behdad Khazaeli

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

در حال حاضر صدها هزار نفر در لیست پیوند قرار دارند،

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

و برای اعضای حیاتی مثل کلیه، قلب و کبد انتظار می‌کشند

that could save their lives.

تا بتوانند به زندگیشان ادامه دهند.

Unfortunately,

متاسفانه،

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

عضو اهدایی کافی برای جوابگویی به تقاضای‌شان وجود ندارد.

What if instead of waiting,

اگر به جای انتظار

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

بتوانیم عضوهای کاملا جدید سفارشی بسازیم چه؟

That’s the idea behind bioprinting,

این تفکر پشت زیست‌چاپ است،

a branch of regenerative medicine currently under development.

شاخه ای از پزشکی ترمیمی که در حال پیشرفت است.

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

هنوز نمی‌توانیم عضوهای پیچیده را چاپ کنیم،

but simpler tissues including blood vessels and tubes

اما اکنون به بافت‌های ساده‌تر مثل رگ‌های خونی و بافت‌هایی

responsible for nutrient and waste exchange

که مسئول مواد مغذی و مواد زائد هستند

are already in our grasp.

دست یافته‌ایم.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

بیوپرینتینگ که پسرعموی بیولوژیکی چاپ سه‌بعدی است

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

تکنیکی است که لایه‌های مواد را روی یکدیگر قرار می‌دهند

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

تا یک شیء سه بعدی در هر برش بسازد.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

یک پرینتر سه بعدی به جای فلز، پلاستیک یا سرامیک،

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

برای اندام‌ها و بافت‌های بدن از جوهر زیستی استفاده می‌کند:

a printable material that contains living cells.

یک ماده قابل چاپ که دارای سلول‌های زنده است.

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

بخش عمده‌ای از جوهر‌های زیستی مولکول‌هایی غنی از آب به نام هیدروژل‌ است.

Mixed into those are millions of living cells

که میلیون‌ها سلول زنده را در بر دارند

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

و همچنین مواد شیمیایی مختلفی که سلول‌ها را به برقراری ارتباط و رشد تشویق می‌کنند.

Some bioinks include a single type of cell,

برخی از زیست‌جوهر‌ها شامل یک نوع سلول هستند،

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

در حالی‌که بقیه چندین نوع مختلف را برای ساخت ساختار‌های پیچیده ترکیب می‌کنند.

Let’s say you want to print a meniscus,

به فرض‌ می خواهید منیسک چاپ کنید،

which is a piece of cartilage in the knee

که یک قطعه غضروف در زانو است

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

که استخوان ران وساق‌ پا را از سایش یکدیگر نگه می‌دارد.

It’s made up of cells called chondrocytes,

این از سلول‌هایی به نام سلول‌های غضروفی تشکیل شده‌ است،

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

و شما به یک منبع سالم برای جوهر زیستی خود نیاز خواهید داشت.

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

این سلول‌ها می‌توانند از اهداکنندگان در آزمایشگاه تکثیرشده باشند.

Or they might originate from a patient’s own tissue

یا ممکن است از بافت خود بیمار نشات گرفته شوند

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

برای ساخت مینیسکی منحصربه‌فرد که احتمال کمتری برای رد شدن توسط بدن‌شان داشته باشد.

There are several printing techniques,

چندین روش چاپ وجود دارد،

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

و محبوب‌ترین آن اکستروژن مبتنی بر زیست‌چاپ است.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

در این حالت، جوهر زیستی درمحفظه‌ای پر می‌شود.

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

وبا فشار از طریق دهانه گردی که به سر چاپگر متصل است وارد می‌شود.

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

از دهانه‌ای که به ندرت به پهنای ۴۰۰ میکرون در قطر می‌رسد بیرون می‌آید،

and can produce a continuous filament

و می‌تواند رشته‌ای پیوسته تولید کند

roughly the thickness of a human fingernail.

تقریباً به ضخامت ناخن انسان،

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

تصویر یا پرونده‌ای کامپیوتری راهنمای محل استقرار رشته‌ها است،

either onto a flat surface or into a liquid bath

یا روی سطحی صاف یا داخل وانی مایع

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

این به شما کمک می‌کند تا ساختار را در جای خود قرار داده تا تثبیت شود.

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

این چاپگرها سریع هستند، منیسک را در حدود نیم ساعت تولید می‌کنند،

one thin strand at a time.

یک رشته نازک در هر لحظه.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

پس از چاپ، برخی از جوهر‌های زیستی فوراً سخت می‌شود؛

others need UV light or an additional chemical or physical process

مابقی به نور ماوراء بنفش یا فرایند تکمیلی شیمیایی یا فیزیکی

to stabilize the structure.

برای تثبیت ساختارشان نیاز دارند.

If the printing process is successful,

اگر روند چاپ موفقیت آمیز باشد،

the cells in the synthetic tissue

سلول‌های موجود در بافت مصنوعی

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

رفتار مشابهی را که سلول‌ها در بافت واقعی انجام می‌دهند را شروع می‌کنند:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

سیگنال دادن به یکدیگر، تبادل مواد مغذی ، و تکثیر می‌شوند.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

ما در حال حاضر می‌توانیم ساختار ساده‌ای مثل مینیسک را پرینت کنیم.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

مثانه‌های چاپ زیستی نیز وجود دارند که با موفقیت کاشته شده‌اند،

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

و اعصاب در بافت چاپی صورت موش احیا شده‌اند.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

محققان بافت ریه، پوست و غضروف، تولید کرده‌آند.

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

و همچنین نسخه مینیاتوری، نیمه کاربردی کلیه ها ، کبد و قلب.

However, replicating the complex biochemical environment

با این حال، تکرار این شرایط پیچیده بیوشیمیایی

of a major organ is a steep challenge.

برای یک ارگان اصلی چالش بزرگی است.

Extrusion-based bioprinting may destroy

چاپ‌زیستی مبتنی بر اکستروژن ممکن است

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

ادر صورت زیاد کوچک بودن دهانه خروجی میزان زیادی از سلول‌ها را از بین ببرد،

or if the printing pressure is too high.

یا اگر فشار چاپ خیلی زیاد باشد.

One of the most formidable challenges

یکی از جدی ترین چالش ها

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

نحوه رساندن اکسیژن و مواد مغذی به تمام سلول های یک اندام با اندازه کامل است.

That’s why the greatest successes so far

به همین دلیل بزرگترین موفقیت های کنونی

have been with structures that are flat or hollow—

با ساختارهای صاف یا توخالی بوده است--

and why researchers are busy developing ways

و چرا محققان مشغول راه های گسترش

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

ترکیب عروق خونی به بافت زیست‌چاپ شده‌اند.

There’s tremendous potential to use bioprinting

پتانسیل فوق العاده‌ای برای استفاده از زیست‌چاپ وجود دارد.

to save lives and advance our understanding

در وهله اول برای نجات جان انسان‌ها

of how our organs function in the first place.

و پیش برد فهم ما از نحوه عملکرد اندام‌ها.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

و این فناوری مجموعه‌ای گیج‌کننده‌ای از امکانات را فراهم می‌کند،

such as printing tissues with embedded electronics.

مانند چاپ بافت با الکترونیک تعبیه شده در آن.

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

آیا می توانیم روزی ارگانی را مهندسی کنیم که از توانایی فعلی بشر فراتر رود،

or give ourselves features like unburnable skin?

یا به خودمان ویژگی‌هایی مثل پوست نسوز دهیم؟

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

چه مدت ممکن است عمر انسان را با چاپ و جایگزینی اندام‌ها تمدید کنیم؟

And exactly who—and what—

و دقیقا چه کسی -- و چگونه --

will have access to this technology and its incredible output?

به این فناوری و خروجی باورنکردنی آن دسترسی خواهند داشت؟