نوآوری‌های پرینت سه بعدی متحول کننده بازی موسسه Wyss « Fabbaloo

چارلز آر. گولدینگ و پریتی سولیهاوی به پیشرفت‌های پیشرفته چاپ سه‌بعدی مؤسسه Wyss، از بافت‌های چاپ‌شده زیستی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی نجات‌دهنده می‌پردازند.

دانشگاه هاروارد از دیرباز به عنوان مرکز تحقیقات و نوآوری شناخته شده است. یکی از برجسته ترین مؤسسات آن، مؤسسه Wyss برای مهندسی الهام گرفته از بیولوژیک، به طور مداوم زمینه جدیدی را در علوم زیستی گشوده است. موسسه Wyss که برای تقویت همگرایی زیست شناسی، مهندسی و فناوری تأسیس شده است، نقش مهمی در پیشبرد تحقیقاتی که سلامت، تولید و پایداری انسان را بهبود می بخشد، ایفا کرده است. در میان پیشرفت‌های فراوان، رهبری آن در چاپ سه بعدی – به ویژه در حوزه علوم زیستی – به عنوان یکی از مهم‌ترین مشارکت‌های آن برجسته است. با ترکیب زیست شناسی با اصول مهندسی، محققان Wyss به طور روشمند امکانات پرینت سه بعدی را، گام به گام، برای دستیابی به شاهکارهای پیشگامانه ای که ممکن است آینده مراقبت های بهداشتی و تولید زیستی را تغییر دهد، ارتقا داده اند.

تاریخچه و ماموریت موسسه Wyss

مؤسسه Wyss که در سال 2009 با کمک 125 میلیون دلاری از کارآفرین و بشردوست سوئیسی هانسیورگ ویس تأسیس شد، با تمرکز بر مهندسی الهام گرفته از بیولوژیکی، مرزهای تحقیقات سنتی را پیش برد. ایده این بود که متخصصان حوزه‌های مختلف – زیست‌شناسان، مهندسان، شیمی‌دانان و دانشمندان رایانه را گرد هم بیاورند تا برخی از چالش‌برانگیزترین مشکلات در علم و پزشکی را حل کنند.

موسسه Wyss بر اساس یک مدل منحصر به فرد عمل می کند که همکاری بین رشته ای را ترویج می کند. این موسسه با تجزیه سیلوهای بین رشته های علمی، محققان را قادر می سازد تا رویکردی در سطح سیستم برای حل مشکلات اتخاذ کنند. هدف آن فقط کشف آکادمیک نیست، بلکه تبدیل این اکتشافات به راه حل های عملی برای دنیای واقعی است. این تمرکز روی برنامه در مشارکت آن با صنعت و سازمان‌های دولتی و همچنین سرمایه‌گذاری‌های استارتاپی متعددی که نوآوری‌های آن را تجاری کرده‌اند، منعکس می‌شود.

از زمان آغاز به کار، موسسه Wyss توسط دکتر دونالد اینگبر، پیشگام در زمینه مهندسی الهام گرفته از بیولوژیکی، رهبری می شود. رهبری او در شکل‌دهی چشم‌انداز استراتژیک مؤسسه و پرورش فرهنگ نوآوری مؤثر بوده است. رویکرد اینگبر بر پیشرفت فزاینده تأکید دارد – هر موفقیت بر موفقیت قبلی استوار است و به مؤسسه اجازه می‌دهد بدون به خطر انداختن کیفیت یا دقت تحقیقات خود به پیشرفت‌های مهمی دست یابد.

یکی از مهیج ترین زمینه هایی که موسسه Wyss در آن به برتری رسیده است، چاپ سه بعدی است، به ویژه در علوم زیستی. از طریق تلاش‌های تحقیقاتی با ساختار دقیق و مشارکتی، این مؤسسه به پیشرو در استفاده از فناوری‌های چاپ سه بعدی برای توسعه مواد جدید، دستگاه‌های پزشکی و حتی بافت‌های انسانی تبدیل شده است.

نقش پرینت سه بعدی در علوم زیستی

چاپ سه بعدی که به عنوان تولید افزودنی نیز شناخته می شود، از یک ابزار نمونه سازی به یک فناوری انقلابی با کاربردهای بالقوه در طیف گسترده ای از زمینه ها، از خودرو گرفته تا هوافضا، تکامل یافته است. با این حال، پتانسیل آن در مراقبت های بهداشتی و علوم زیستی ممکن است متحول کننده ترین باشد. برای موسسه Wyss، چاپ سه بعدی ابزاری قدرتمند برای رسیدگی به چالش های حیاتی در پزشکی و زیست شناسی، ارائه روش های جدید برای ایجاد بافت های زنده، ترمیم اندام ها و توسعه دستگاه های پزشکی پیچیده است.

موسسه Wyss در رویکرد خود به پرینت سه بعدی روشمند بوده و با دقت چالش های علمی و مهندسی مرتبط با چاپ زیستی – به ویژه پیچیدگی های ایجاد ساختارهایی با سلول های زنده را بررسی می کند. با گذشت زمان، این موسسه یک سری از نوآوری های پیشگامانه را توسعه داده است که چاپ زیستی سه بعدی را از تئوری به عمل آورده است.

نوآوری های اولیه: چاپ بافت و اندام

یکی از اولین اقدامات مؤسسه Wyss در زمینه چاپ زیستی سه بعدی، توسعه داربست های بافتی کاربردی بود. این داربست ها ساختارهای چاپ سه بعدی هستند که به عنوان چارچوبی برای رشد بافت ها و اندام ها عمل می کنند. این داربست‌ها که از مواد زیست تخریب‌پذیر ساخته شده‌اند، می‌توانند با سلول‌های انسانی کاشته شوند که سپس رشد کرده و بافت‌های کاربردی را تشکیل می‌دهند. این فناوری پتانسیل بسیار زیادی برای بازسازی اندام، ترمیم بافت و تحقیقات پزشکی دارد، زیرا به دانشمندان اجازه می‌دهد بافت‌های سفارشی‌سازی‌شده‌ای ایجاد کنند که محیط طبیعی اندام‌های انسان را تقلید می‌کند.

در سال 2014، موسسه Wyss یک تکنیک چاپ زیستی برای ایجاد بافت‌های عروقی – بافت‌هایی که شبکه عروق خونی خاص خود را دارند، توسعه داد. چالش ایجاد شبکه‌های عروقی یک مانع حیاتی در مهندسی بافت است زیرا سلول‌ها برای بقا و عملکرد به یک منبع ثابت اکسیژن و مواد مغذی نیاز دارند. تیم Wyss با استفاده از یک تکنیک چاپ جدید که به آنها امکان ساخت شبکه های عروقی پیچیده در بافت های چاپ شده سه بعدی را می داد، بر این چالش غلبه کردند. این پیشرفت یک گام بزرگ به سمت ایجاد اندام های کاملاً کاربردی و رشد یافته در آزمایشگاه بود.

چاپ زیستی برای آزمایش دارو و پزشکی شخصی

فراتر از بازسازی اندام، یکی از فوری ترین کاربردهای پرینت زیستی سه بعدی در موسسه Wyss در آزمایش دارو و پزشکی شخصی بوده است. روش‌های سنتی آزمایش دارو، که به شدت بر مدل‌های حیوانی و کشت‌های سلولی ساکن تکیه می‌کنند، اغلب در پیش‌بینی دقیق نحوه رفتار داروها در بدن انسان ناکام هستند. محققان Wyss چاپ زیستی سه بعدی را فرصتی برای ایجاد مدل‌های دقیق‌تر از بافت‌ها و اندام‌های انسان دانستند که می‌توان از آن برای آزمایش داروها در محیط آزمایشگاهی استفاده کرد.

یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های این کار، کار موسسه Wyss در مورد «ارگان‌ها روی تراشه» است. این ریزتراشه ها پلت فرم های کوچک و سه بعدی هستند که ساختار و عملکرد اندام های انسان را تکرار می کنند. هر تراشه حاوی کانال‌های کوچکی است که با سلول‌های زنده انسان پوشانده شده‌اند، که محققان می‌توانند از طریق آن‌ها داروها و سایر مواد را برای مشاهده اثرات آن‌ها در زمان واقعی، جریان دهند. چاپ سه بعدی به مؤسسه اجازه داده است تا این تراشه ها را با دقت و جزئیات بی سابقه ای ایجاد کند و آنها را به ابزاری قدرتمند برای مطالعه بیماری ها و آزمایش درمان های جدید تبدیل کند. این رویکرد نه تنها پتانسیل کاهش نیاز به آزمایش حیوانی را دارد، بلکه پزشکی شخصی‌سازی‌شده را نیز امکان‌پذیر می‌کند – جایی که درمان‌ها را می‌توان بر اساس بیولوژی منحصر به فرد فرد تنظیم کرد.

رباتیک نرم و تجهیزات پزشکی با چاپ زیستی

چاپ سه بعدی در موسسه Wyss به بافت های بیولوژیکی محدود نشده است. این موسسه همچنین پیشرفت های قابل توجهی در توسعه رباتیک نرم و دستگاه های پزشکی با استفاده از فناوری های چاپ سه بعدی داشته است. روباتیک نرم، که ماشین‌هایی هستند که از مواد منعطف و واقعی ساخته شده‌اند، به ویژه در کاربردهای پزشکی مفید هستند، زیرا می‌توانند با ایمنی بیشتری نسبت به ربات‌های سفت و سخت سنتی با بافت‌های انسانی تعامل داشته باشند.

در سال 2018، محققان Wyss یک آستین قلب چاپ شده سه بعدی ساختند که به عنوان یک دستگاه کمکی رباتیک برای بیماران مبتلا به نارسایی قلبی عمل می کند. این دستگاه رباتیک نرم دور قلب می‌پیچد و به پمپاژ خون موثرتر کمک می‌کند و به طور بالقوه نیاز به پیوند قلب را به تاخیر می‌اندازد. این دستگاه برای هر بیمار قابل تنظیم است و می توان آن را با مشخصات دقیق با استفاده از فناوری های چاپ سه بعدی چاپ کرد.

نمونه قابل توجه دیگر توسعه ابزارهای جراحی و ایمپلنت های پرینت سه بعدی است. موسسه Wyss ایمپلنت‌های انعطاف‌پذیر و مخصوص بیمار ایجاد کرده است که می‌توانند در جراحی‌های ترمیمی، به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند بازسازی جمجمه و صورت استفاده شوند. با ترکیب داده‌های تصویربرداری پزشکی با پرینت سه بعدی، محققان می‌توانند ایمپلنت‌هایی بسازند که متناسب با آناتومی هر بیمار طراحی شده است و خطر عوارض را کاهش می‌دهد و نتایج را بهبود می‌بخشد.

آخرین پیشرفت: پوست زنده انسان با چاپ سه بعدی

جدیدترین دستاورد موسسه Wyss شاید هیجان انگیزترین پیشرفت را در زمینه چاپ زیستی نشان دهد: ایجاد پوست زنده انسان با چاپ سه بعدی. در اواخر سال 2023، محققان Wyss اعلام کردند که با موفقیت پوست انسان را با سیستم عروقی عملکردی چاپ کرده‌اند. این پیشرفت یکی از بزرگترین چالش‌های مهندسی بافت را برطرف می‌کند – تضمین اینکه بافت‌های چاپی می‌توانند منبع ثابتی از خون، اکسیژن و مواد مغذی را دریافت کنند.

این پوست پرینت سه بعدی می تواند پیامدهای گسترده ای برای بیماران مبتلا به سوختگی شدید یا بیماری های پوستی داشته باشد. همچنین می‌تواند در آزمایش‌های آرایشی مورد استفاده قرار گیرد، و جایگزین نیاز به آزمایش حیوانی و کاهش نگرانی‌های اخلاقی مرتبط با آن شود. ایجاد موفقیت آمیز پوست عروقی، زمینه پرینت زیستی سه بعدی را یک قدم به هدف نهایی تولید اندام های کاملاً کاربردی و رشد یافته در آزمایشگاه نزدیک می کند.

اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه

اکنون اعتبار مالیاتی دائمی تحقیق و توسعه (R&D) برای شرکت‌هایی که محصولات، فرآیندها و/یا نرم‌افزار جدید یا بهبودیافته را توسعه می‌دهند در دسترس است.

چاپ سه بعدی می تواند به افزایش اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه شرکت کمک کند. دستمزد کارکنان فنی ایجاد، آزمایش و بازنگری نمونه های اولیه چاپ شده سه بعدی را می توان به عنوان درصدی از زمان واجد شرایط صرف شده برای اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه در نظر گرفت. به طور مشابه، زمانی که به عنوان روشی برای بهبود فرآیند استفاده می شود، زمان صرف شده برای ادغام سخت افزار و نرم افزار پرینت سه بعدی به عنوان یک فعالیت واجد شرایط به حساب می آید. در نهایت، زمانی که برای مدل‌سازی و پیش‌تولید استفاده می‌شود، هزینه‌های رشته‌های مصرف‌شده در طول فرآیند توسعه نیز ممکن است جبران شود.

چه برای ایجاد و آزمایش نمونه های اولیه استفاده شود و چه برای تولید نهایی، چاپ سه بعدی یک شاخص عالی است که فعالیت های واجد شرایط اعتبار تحقیق و توسعه در حال انجام است. شرکت‌هایی که این فناوری را در هر نقطه‌ای اجرا می‌کنند باید استفاده از اعتبارات مالیاتی تحقیق و توسعه را در نظر بگیرند.

نتیجه گیری

سفر موسسه Wyss در چاپ سه بعدی برای علوم زیستی چیزی غیرعادی نبوده است. از طریق پیشرفت دقیق و تدریجی، محققان آن به‌طور پیوسته مرزهای ممکن را از داربست‌های بافتی و اندام‌های روی تراشه گرفته تا روباتیک نرم و ایمپلنت‌های مخصوص بیمار را تغییر داده‌اند. آخرین دستاورد آنها – چاپ سه بعدی پوست انسان زنده با رگ های خونی عملکردی – گواهی بر تعهد تزلزل ناپذیر آنها برای حل سخت ترین مشکلات پزشکی است. همانطور که موسسه Wyss همچنان به پیشروی فناوری های جدید ادامه می دهد، به عنوان چراغی از نوآوری می ایستد و نشان می دهد که ترکیب زیست شناسی و مهندسی این پتانسیل را دارد که مراقبت های بهداشتی را در قرن بیست و یکم متحول کند.