ساخت قرنیه مصنوعی با کمک فناوری چاپ ۳ بعدی

 قرنیه مصنوعی که پژوهشگران ایجاد کرده‌اند بسیار مشابه ساختار قرنیه طبیعی چشم انسان است.

برای افرادی که قرنیه چشم آنها آسیب دیده است پیوند قرنیه بسیار حیاتی است و در حال حاضر افراد بسیاری در لیست انتظار هستند. به منظور حل این مشکل، بسیاری از دانشمندان تلاش خود را برای ایجاد قرنیه مناسب مصنوعی کرده‌اند.

با این حال، قرنیه‌های مصنوعی فعلی یا از "کلاژن نوترکیب" (recombinant collagen) یا از مواد شیمیایی مانند پلیمر مصنوعی ساخته شده‌اند که با چشم هماهنگ نیستند. در حال حاضر محققان قرنیه مصنوعی چاپ ۳ بعدی را با استفاده از جوهر زیستی که از" استروما قرنیه سلول زدا" (decellularized corneal stroma) و سلول‌های بنیادی ساخته شده، ایجاد کردند. نوع جدید قرنیه مصنوعی با چشم سازگار است.

جوهرهای زیستی موادی هستند که محیط ماتریکس خارج سلولی را شبیه‌سازی می‌کنند و به چسبیدن، تکثیر و تمایز سلول‌های زنده کمک می‌کنند. جوهرهای زیستی می‌توانند در حین پروسهٔ تولید افزایشی(additive manufacturing) به شکل رشته ته‌نشین شوند و بنا به این قابلیت از بیومتریال‌های سنتی مانند شبکهٔ پلیمری و داربست فومی متمایز می‌شوند. به علاوه، بر خلاف موادی که در تولید افزایشی سنتی به کار برده می‌شوند از جمله پلیمرهای ترمو پلاستیک، سرامیک‌ها و فلزات که به حلال‌های تند، روش‌های اتصال عرضی(cross-linking) و دمای بالا نیاز دارند تا پرینت شوند، جوهرهای زیستی را می‌توان در شرایط ملایم‌تری پردازش کرد. این شرایط ملایم برای حفظ سازگاری با سلول‌های زنده و جلوگیری از تخریب مولکول‌های زیست فعال و پروتئین‌ها، ضروری است. جوهرهای زیستی از مواد زیستی هیدروژلی موجود اقتباس می‌شوند و از پلیمرهای طبیعی مشتق می‌شوند ازجمله ژلاتین، آلژینات، فیبرین، کیتوسان و هیالورونیک اسید که به شرایط پردازش آن‌ها حساس هستند.

بازتولید قرنیه بسیار کار پیچیده‌ای است زیرا قرنیه دارای ساختار منحصر به فردی است. قرنیه یک لایه بیرونی نازک است که مردمک چشم را می‌پوشاند.

قَرنیه لایهٔ نازک و شفافی است که در بخش جلویی کرهٔ چشم قرار دارد و زلالیه، عنبیه و مردمک را می‌پوشاند. قطر قرنیه ۱۲-۱۱ میلی‌متر و ضریب شکست آن ۱٫۳۷۷ است. درون قرنیه هیچ گونه رگی وجود ندارد.

قرنیه مانند شیشه پنجره داخل چشم را از محیط خارج جدا می‌کند و دو وظیفه مهم دارد: یکی آنکه پرتوهای نور را به داخل چشم هدایت کند و آن‌ها را روی پرده شبکیه متمرکز کند، دوم آنکه از ساختمان‌های داخل کره چشم محافظت کند. برای آنکه نور بتواند وارد چشم شده و به پرده شبکیه برسد ابتدا باید از قرنیه عبور کند؛ بنابراین شفاف بودن قرنیه اهمیت زیادی در بینایی دارد. نور پس از عبور از قرنیه و عدسی چشم به شبکیه می‌رسد تا در آنجا تصویر تشکیل گیرد و پس از فعل و انفعالاتی، اطلاعات این تصویر به صورت امواج الکتریکی-عصبی به مغز منتقل شده و فعل بینایی کامل شود.

دانشمندان برای اینکه قرنیه‌ای دقیقاً مشابه قرنیه انسان بسازند از تنش برشی فناوری چاپ سه بعدی استفاده کردند. تنش برشی عبارت است از مؤلفه‌ای از تنش که بر سطح مقطع یک جسم اعمال می‌شود. تنش برشی از بردار نیروی عمود بر بردار نرمال سطح مقطع ناشی می‌شود. از سوی دیگر، تنش نرمال نیز از بردار نیروی موازی یا ناموازی نرمال سطح مقطع جسم به وجود می‌آید. وقتی جوهر چاپگر از طریق نازل خارج می‌شود، تنش برشی اتفاق می‌افتد. با تنظیم این پدیده، دانشمندان موفق به تولید قرنیه مصنوعی شفاف که الگویی مشابه قرنیه انسان داشت، شدند.

یافته‌های این مطالعه در مجله" Biofabrication "منتشر شد.برای ورود به کانال تلگرام ما کلیک کنید.