هفده سال پیش، دکتر توماس بولند (Thomas Boland)
پروفسور مهندسی‌زیستی، با اجرای تغییردر نحوه کار پرینتر و استفاده از ژلی حاوی سلول‌های زنده به‌عنوان جوهر، اولین اختراع را در حوزه چاپگرها را ثبت‌کرد.
سال ۲۰۰۷، دکتر شینیاماناکا موفق شد با برنامه‌ریزی دوباره سلول‌های بالغ انسانی، آن‌ها را به دوران جنینی بازگرداند و به‌این‌ترتیب ثابت‌کرد روند بلوغ یک‌طرفه نیست.
این متد توانایی تبدیل‌شدن به هر سلولی دربدن را دارد و در راستای پیشرفتهای صنعت چاپ سه‌بعدی، رویای تولیدپرینترها در آینده به واقعیت تبدیل شد.
دکتر توماس بولند و اولین چاپگر زیستی تاریخ
چاپگرهای زیستی در بیانی ساده، پرینترهای سه‌بعدی پیشرفتهای هستند که فیلامنت مورد استفاده در آن‌ها، ماده‌ای حاوی سلول‌های زنده است. این ماده بایواینک یا جوهر زیستی باید عملکردی مشابه ماتریکس خارج سلولی (ECM) داشته‌باشد تا بتواند محیط مناسب جهت تغذیه، رشد و تکثیرسلول را ایجادکند.
ماتریکس خارج سلولی
پروتئین، کربوهیدرات، آب و مواد معدنی که برای ارتباط های بین سلولی برای رشد و تقسیم ضروری هستند،ساختار و نحوه‌ی اجرا هر بافت‌را تعیین‌می‌کند.
عضو اصلی ماتریکس، پروتئینی به‌نام کلاژن که یک سوم پروتئین بدن را تشکیل‌داده و از عناصر اصلی در ساختار استخوان‌ها، پوست، عضلات، تاندون‌ها و رباط‌ها به‌شمارمی‌رود و در رگ‌های خونی، قرنیه و دندان‌ها نیز یافت می‌شود
کلاژن
مانند چسبی قدرتمند اجزاء بدن را در کنار یکدیگر نگه‌داشته، برگرفته از واژه یونانی «kólla» به‌معنای «چسب» است. در تکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی زیستی نیز، معمولا ترکیبات کلاژن به‌صورت داربستی ژله‌ای برای حفظ ساختار بافت‌های پرینت‌شده به‌کار می‌روند.
کشف سلول های بنیادی و به موازات آن پیشرفت تکنولوژی های پرینت سه بعدی، رویای ساخت چاپگرهای سه بعدی زیستی را به واقعیت بدل‌کرد.
پیچیدگی ساختار و نحوه‌ی عملکرد ماتریکس خارج سلولی، یک مانع در مسیر تحقق رویای پرینت سه‌بعدی ارگان‌های بدن، با بکارگیری سلول‌های بنیادی انسانی است. رویایی که ، به‌معنای فراهم‌آمدن امکان تولید اعضای پیوندی با استفاده از سلول‌های بدن شخص دریافت‌کننده است، که خطرپس‌زدن عضو پیوندی را به صفر می‌رساند.
در سال‌های گذشته، برخی از اعضا دارای پیچیدگی کمتر با بکارگیری این تکنولوژی تولیدشده و پیوند مثانه‌ی ساخته‌شده با پرینتر زیستی به بدن بیمار موفقیت‌آمیز بوده، اما در مورد ارگان‌هایی مانند قلب، کلیه و شش‌ها، تحقیقات همچنان ادامه دارد.
تبدیل ارگان طبیعی تولیدشده به اندامی واقعی
این اعضا از طریق رگ های عروق خونی تغذیه‌می‌کند و اصل عملکردش پیام‌های دریافتی از سیستم اعصاب بدن انسان است، فرآیندی پیچیده بوده و پیشرفت تحقیقات در این حوزه را با کندی مواجه کرده‌است.اخیرا محققان مؤسسه BIOLIFE4D در شیکاگوی آمریکا، به سرپرستی دکتر راوی بیرلا (Ravi Birla)، موفق‌شدند با بکارگیری تکنولوژی چاپ سه‌بعدی زیستی و با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القائی، قلب کوچکی در ابعاد یک کف دست تولیدکنند.
زیست‌شناسی سلولی
سلول بنیادی که یکی از سه لایه‌ی جنینی درون‌پوست (پوشش درونی شکم، دستگاه گوارش، ریه‌ها)، میان‌پوست (ماهیچه‌ها، استخوان، خون)، برون‌پوست (بافت‌های اپیدرمی و سیستم عصبی)میتواند تبدیل شود.
یکی از انواع این سلول‌های پرتوان، سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS یا iPSCs) هستند که به‌صورت مصنوعی از یک سلول غیرپرتوان (معمولا سلول بالغ موجود زنده) به‌دست می‌آیند و ویژگی‌ها و خصیصه‌هایی مشابه سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) دارند. همچنانکه پیش‌تر اشاره‌شد، دکتر شینیایاماناکا، برای اولین‌بار در سال ۲۰۰۷ موفق به ارائه‌ی روشی برای القای سلول‌های بالغ انسانی به وضعیت پرتوانی شد.
تحقیقات به سرپرستی دکتر راوی بیرلا
ابتدا گلبول‌های سفید دریافت‌شده از فرد داوطلب، به سلول‌های بنیادی پرتوان القائی تبدیل‌می‌شوند و این سلول‌ها پس از تقسیم، سلول‌های بافت ماهیچه‌ای قلب را ایجادمی‌کنند. سلول‌های ایجادشده بهمراه مواد مغذی و ترکیبات موردنیاز برای رشد سلولی، جوهر زیستی اختصاصی شرکت BIOLIFE4D را تشکیل‌می‌دهند. این جوهر بهمراه ماده‌ای شفاف که عملکردی مشابه ماتریکس خارج سلولی دارد، از نازل چاپگر زیستی خارج‌شده و حجمی به شکل قلب فرد داوطلب را، به‌صورت لایه‌به‌لایه شکل‌می‌دهد.
حجم تولیدشده در یک بیورآکتور باتوانایی شبیه‌سازی شرایط زیستی داخل بدن انسان قرارمی‌گیرد تا سلول‌های بافت ماهیچه‌ای، امکان خودساماندهی و ترکیب با یکدیگر برای ایجاد بافتی یکپارچه را بیابند. پس از شکل‌گیری کامل قلب، ماده‌ی شفافِ شبیه‌سازِ ماتریکس خارج سلولی، به‌صورت محلول قابل جداسازی خواهدبود. حجم تولیدشده مانند قلب واقعی دارای چهار محفظه بوده و طبق ادعای شرکت BIOLIFE4D، عملکردهای قلبی در ابعاد واقعی را نیز، تا حدی خواهدداشت. هرچند هنوز مشخص نیست که آیا این قلب امکان تپیدن در بدن فرد دریافت‌کننده‌ی پیوند را نیز دارد یا خیر.
