در سال های اخیر، پیوند مهندسی زیستی و پرینت سه بعدی، منجر به پیشرفت های چشمگیری در زمینه پزشکی شده است. یکی از زمینه هایی که پتانسیل بهره‌وری از این فناوری را دارد، بازسازی استخوان است. استخوان‌های انسان دارای خاصیت منحصربه‌فردی هستند که به عنوان پیزوالکتریک شناخته می‌شود، و آنها را قادر می‌سازد تا زمانی که تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرند، بارهای الکتریکی تولید کنند. این پدیده نقش مهمی در ترمیم استخوان، ارتقاء متابولیسم سلولی و تشکیل استخوان جدید دارد. علیرغم این مزایای طبیعی، داربست‌های تولید شده با افزودنی‌های فعلی اغلب از ریزمحیط الکتریکی ضروری لازم برای بازسازی کارآمد استخوان غفلت می‌کنند. با این حال، یک مطالعه پیشگامانه منتشر شده در ژورنال بین المللی تولید افزودنی، وعده داربست های بیوپیزوالکتریک پرینت سه بعدی/ چهار بعدی را روشن می کند و رویکردی متحول کننده برای مهندسی بافت استخوانی ارائه می دهد. پیزوالکتریک در بدن انسان یک مکانیسم کاملاً ثابت برای بازسازی استخوان بوده است. این کشف راه های جدیدی را برای محققان برای کشف مواد پیزوالکتریک بیولوژیکی بدون سرب، که دارای فرآیند پذیری عالی، زیست سازگاری و القای چند سلولی هستند، باز کرده است. داربست های بیوپیزوالکتریک ساخته شده از این مواد توانایی قابل توجهی در القای تمایز سلول های استخوانی، ترویج جذب سلول های عروقی و حتی کمک به ترمیم سلول های عصبی را نشان می دهند. چشمگیرترین ویژگی داربست ها در استراتژی بازسازی کم تهاجمی یا غیرتهاجمی آنها نهفته است، که امکان تحریک الکتریکی in vivo با جدول زمانی، مدت زمان و قدرت قابل تنظیم با استفاده از اولتراسوند قابل برنامه ریزی یا درمان مغناطیسی را فراهم می کند.
پیشرفت قابل توجهی در فناوری چاپ سه بعدی، معروف به چاپ چهار بعدی (4 بعدی)، پتانسیل داربست های بیوپیزوالکتریک را فراتر نیز برده است. این چاپ 4 بعدی شامل ایجاد ساختارهایی است که رفتار تغییر عملکرد وابسته به زمان را در پاسخ به محرک های خارجی نشان می دهند. در نتیجه، داربست‌های بیوپیزوالکتریک چهاربعدی با قابلیت تغییر عملکرد، یک ریزمحیط الکتروفیزیولوژیکی قابل برنامه‌ریزی را ارائه می‌دهند که به طور قابل توجهی به بازسازی بافت کمک می‌کند. علیرغم وعده‌های بی‌شمار این فناوری، شکاف قابل‌توجهی بین قابلیت‌های چاپ ۳ بعدی/۴ بعدی و الزامات بالینی داربست‌های بیوپیزوالکتریک وجود دارد. برای پر کردن این شکاف، یک رویکرد بینا‌رشته‌ای که ترکیبی از علم مواد، مهندسی مکانیک و مهندسی زیستی باشد ضروری است. تحقیقات مشترکی توسط متخصصان رشته‌های مختلف پزشکی، از جمله ارتوپدی، دندان‌شناسی، و انکولوژی، در حال انجام است تا پتانسیل کامل این داربست‌های بیوپیزوالکتریک هوشمند را کشف کند.
نگاره ۲) شماتیک FDM و سایر روش‌های ممکن پرینت چهاربعدی بیوپیزوالکتریک داربست استخوان
پروفسور Jian Lu، کارشناس مشهور از دانشگاه هنگ کنگ، باور خود را به تأثیر انقلابی این پیشرفت ابراز کرد. با مطالعات چند رشته‌ای، انتظار می‌رود چاپ سه بعدی/۴ بعدی به زودی به پتانسیل کامل خود در ایجاد داربست‌های بیوپیزوالکتریک هوشمند برای مهندسی بافت دست یابد. علاوه بر این، ما همچنین می‌توانیم از برخی فناوری‌های پیشرفته مانند تولید هوشمند، پزشکی بیونیک و یادگیری ماشین الهام بگیریم تا کاربرد بالینی این فناوری را بیشتر ترویج دهیم.
پیشگام در مهندسی بافت استخوان
با از بین بردن شکاف بین قابلیت‌های فعلی و نیازهای بالینی، می‌توانیم عصر جدیدی را در درمان‌های پزشکی پیش‌بینی کنیم که به بیماران در ترمیم استخوان یازی می‌رساند و در نهایت آینده‌ی بازسازی پزشکی را متحول می‌کند. با استفاده از این داربست های هوشمند، بیماران می توانند منتظر راه حل های شخصی سازی شده و بسیار موثر ترمیم استخوان باشند و موج جدیدی از درمان های پزشکی را رقم بزنند که پتانسیل تغییر کیفیت زندگی بیماران را دارند. همکاری بین مهندسی زیستی، پرینت سه بعدی و طیف متنوعی از متخصصان پزشکی راه را برای آینده ای روشن تر هموار می کند، جایی که بازسازی استخوان کارآمدتر، در دسترس تر و بیمار محورتر می شود. همانطور که فناوری پیشرفت می کند و محققان به کشف پتانسیل داربست های بیوپیزوالکتریک چاپ سه بعدی/4بعدی ادامه می دهند، با نزدیک شدن به اوج دوران پیشگامانه در مهندسی بافت استخوان، آینده امیدوارکننده به نظر می رسد. برای کسب اطلاعات بیشتر، می توانید به متن تحقیق اصلی در اینجا دسترسی پیدا کنید.