التصنيع الحيوي

التصنيع الحيوي فرع من فروع التقنية الحيوية متخصص في البحث والتطوير لعمليات الهندسة الحيوية لإنتاج منتجات وظيفية بيولوجيًا بشكل آلي من خلال الطباعة الحيوية أو التجميع الحيوي وعمليات نضج الأنسجة اللاحقة ؛ ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى تقنيات مثل التجميع الموجه، الذي يستخدم محفزات خارجية موضعية لتوجيه عملية التصنيع ؛ والتجميع الأنزيمي ، الذي يستخدم محفزات حيوية انتقائية لبناء هياكل جزيئية ضخمة ؛ والتجميع الذاتي ، حيث توجه المادة البيولوجية تجميعها الذاتي وفقًا لمعلوماتها الداخلية. ^{[ 2 ]} قد تسهل هذه العمليات التصنيع على المستويين الميكروي والنانوي . [ ^{2 ] تُصنع} المنتجات المصنعة حيويًا وتُنظم هيكليًا باستخدام مجموعة من المواد البيولوجية، بما في ذلك الجزيئات النشطة بيولوجيًا ، والمواد الحيوية ، والخلايا الحية ، وتجمعات الخلايا مثل الأنسجة الدقيقة والأعضاء الدقيقة على رقائق ، والتركيبات الهجينة من الخلايا والمواد. ^{[ 1 ]}

تُعرّف الجمعية الدولية للتصنيع الحيوي (ISBF) التصنيع الحيوي بأنه "الإنتاج الآلي لمنتجات ذات وظائف بيولوجية وبنية تنظيمية من الخلايا الحية، أو الجزيئات النشطة بيولوجيًا، أو المواد الحيوية، أو تجمعات الخلايا مثل الأنسجة الدقيقة، أو تركيبات الخلايا والمواد الهجينة، من خلال الطباعة الحيوية أو التجميع الحيوي وعمليات نضج الأنسجة اللاحقة" . ^{[ 3 ]}

الطباعة الحيوية : تستخدم هذه الطريقة التصميم بمساعدة الحاسوب لتكوين طبقات من الخلايا الحية والمواد الحيوية، مما يؤدي إلى بناء هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تحاكي الأنسجة الطبيعية. تتيح الطباعة الحيوية وضع أنواع متعددة من الخلايا بدقة، مما يمكّن من إنشاء هياكل نسيجية غير متجانسة. ^{[ 4 ]}

تتيح تقنية التصنيع الحيوي للباحثين الجمع بين تقنيات التصنيع والطباعة ثنائية وثلاثية الأبعاد والتصنيع الحيوي والتجميع الحيوي للمنتجات البيولوجية الوظيفية ثلاثية الأبعاد الحية باستخدام مواد حيوية ذكية ومتوافقة مع الخلايا . ^{[ 4 ]}

يعمل العلماء على تطوير تقنيات لتصنيع الأنسجة والأعضاء حيوياً لمواجهة النقص العالمي في المتبرعين بالأعضاء . ومن خلال ابتكار هياكل داعمة لنمو الخلايا وتمايزها، تم تطوير أنسجة بسيطة كالجلد والغضاريف، وهي تُستخدم بالفعل في التطبيقات السريرية. ويمكن استخدام هذه الأنسجة المُهندسة في عمليات الزرع أو كنماذج لاختبار الأدوية . ورغم هذا التقدم في هندسة الأنسجة، لا تزال هناك عقبات كبيرة أمام إنتاج أنسجة وأعضاء ثلاثية الأبعاد معقدة ووظيفية، لا سيما الأعضاء التي تشتد الحاجة إليها في عمليات الزرع. ^{[ 5 ]}

أدت التطورات في الطباعة الحيوية إلى تصنيع تراكيب شبيهة بالأعضاء، مثل أنسجة الكبد والكلى. وهذا يُعزز الشفاء بشكل أسرع ويُقلل من مضاعفات ما بعد الزرع، حيث تُصنع هذه التراكيب خصيصًا من خلايا المريض، مما يمنع رفض الجسم للعضو المزروع. وبينما لا تزال زراعة أعضاء مطبوعة كاملة الوظائف هدفًا مستقبليًا، فإن التقدم الحالي يُشير إلى إمكانات كبيرة لمعالجة نقص الأعضاء. ^{[ 6 ]}

غالبًا ما ينتج عن التجديد الحيوي أنسجة ليفية ذات إمداد غذائي ضعيف وتدفق دموي ضعيف. يتيح استخدام الأحبار الحيوية ، مثل GelMA، تصنيع أعضاء خارج الجسم بشكل مُتحكم فيه، مع تجميع الأنسجة ونضجها بدقة قبل الزرع. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، تواجه الأعضاء المُهندسة وظيفيًا تحديات، إذ لا يملك الباحثون أي سيطرة على العملية الطبيعية بعد الزرع. لذلك، يهدف التصنيع الحيوي إلى هندسة الأعضاء خارج الجسم، حيث يمكن تكوين الأنسجة في ظل ظروف يتحكم بها الإنسان. ^{[ 4 ]} توجد تحديات تقنية كبيرة، فعلى الرغم من التقدم الذي أحرزته طباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد، لا تزال هناك حاجة إلى تحسين التوافق الحيوي والوظائف الحيوية. ورغم وجود بعض التجارب الناجحة والآثار المحدودة اليوم، فإن التطبيق الواسع لطباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد لا يفي بهذين المعيارين. وبالتالي، يواجه الباحثون تحديات في إيجاد مواد تُحقق كلا المعيارين. ^{[ 6 ]}