نگاهی به طرح برگزیده جایزه مصطفی (ص) ۲۰۱۹؛

خادم حسینی: چاپ حیات یدکی در آینده محقق می‌شود / تجربه زندگی پس از زندگی با زیست‌سازی

دانشمند مسلمان برگزیده جایزه مصطفی (ص) درباره طرح زیست‌سازی خود که می‌تواند حیات دومی را برای انسان‌ها به ارمغان بیاورد، توضیح می‌دهد.

کد خبر: ۸۳۲۲۵۲

چهارشنبه - ۰۶ فروردين ۱۳۹۹ / March 25, 2020

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو، زیست‌سازی شاید متعلق به آینده نسبتا دور باشد، اما با این حال آینده پزشکی به نظر می‌رسد. زیست‌سازی شبیه واژه‌ای است که تمام رویا‌های خوب یک بیمار نیازمند پیوند و یک مهندس زیستی را یکجا در خود مجسم می‌کند. اگر کلیه‌هایتان از کار افتاده باشند، دوست دارید یک جفت کلیه نو برایتان چاپ شود؟ اگر هیچ ریه‌ای با سازگاری بافتی برای بیمار در آستانه مرگ شما در دست نباشد، دوست دارید با استفاده از سلول‌های خودش یک جفت ریه نو برایش چاپ کنید؟ آیا این به نظرتان شبیه نمونه‌ای افراطی از تبدیل علم به جادو است؟ پس ما با همراه باشید تا با دانشمند مسلمان طرح برگزیده جایزه مصطفی (ص) در این باره (آبژل‌های نانو و میکروساخت برای کاربرد‌های زیست‌پزشکی) یعنی علی خادم‌حسینی، استاد مهندسی زیستی و مدیر «مرکز درمان‌های کم‌تهاجمی» دانشگاه کالیفرنیا بعنوان یکی از پیشروترین متخصصان مهندسی بافت در سطح جهانی، بیشتر صحبت کنیم.

اینکه در طرح زیست‌سازی درباره حیات دوم صحبت می‌شود تا چه اندازه صحت دارد و آیا واقعا امکان‌پذیر است یا خیر؟
بافت‌ها و اندام‌های موجودات زنده نتیجه فرایند‌های تکوینی با برنامه‌ریزی ژنتیکی هستند که طی مدتی طولانی تکامل یافته‌اند. اکنون به نظر می‌رسد که زیست‌سازی به جایگزینی مصنوعی برای ساخت بافت‌ها و حتی اندام‌های کامل تبدیل شده است: حیات نسخه دوم؛ و نیاز به حیات نسخه دوم زمانی از همه مبرم‌تر است که حیات نسخه نخست از کار افتاده باشد؛ نوعی زندگی پس از زندگی.

جمعیت جهان در دهه‌های آینده پیرتر خواهد شد و برآورد می‌شود که تعداد افراد بالای ۶۵ سال تا ۲۰۵۰ دو برابر شود و یک ششم از کل جمعیت جهان را تشکیل دهد. شیوه‌های کنونی درمان، ازجمله مفصل مصنوعی و پیوند عضو، با مشکلات بسیاری همچون عفونت، تومور‌های بدخیم، ضرورت سرکوب دستگاه ایمنی و کمبود اندام برای پیوند روبه‌رو هستند. سازه‌های سه‌بُعدی و سایر درمان‌های بازساختی یا ترمیمی گزینه مطمئنی برای مقابله با فرسودگی طبیعی اندام‌های این جمعیت پیر از طریق جراحی‌های کم‌تهاجمی فراهم می‌کنند.

سرمنشا این چاپ زیستی چیست؟
اصل پایه چاپ زیستی ساخت افزایشی یا معجونی از سلول‌ها، الیاف و ژل است که لایه به لایه روی هم چاپ می‌شود. به این ترتیب فناوری چاپ سه‌بعدی به عنوان ابزاری نیرومند برای قرار دادن دقیق سلول‌ها در یک ماتریس نقشی محوری در زیست‌سازی دارد.

بسیاری از بافت‌ها از چندین نوع سلول تشکیل می‌شوند؛ بنابراین بهترین حالت این است که به جای استفاده از سلول‌های بنیادی و ماندن در انتظار تمایزیابی آن‌ها انواع این سلول‌ها با هم چاپ شوند. پژوهشگران امیدوارند که این بافت‌های چاپ‌شده در ادامه خود را از نو سازمان‌دهی کنند و شکل ساختاری کاملا بالغ و به‌هم‌پیوسته را به خود بگیرند.

کدام بافت‌های حیاتی بدن را می‌توان با این جوهر زیستی چاپ کرد؟
در حال حاضر فهرست سازه‌ها، یا چیز‌هایی که می‌توان با این جوهر زیستی چاپ کرد، طولانی است و طیفی از بافت‌ها نظیر پوست، زردپی، غضروف، استخوان، رگ خونی، عصب، سلول‌های جزیره‌ای لوزالمعده، نای، و همچنین اندام‌های کاملی مانند کلیه، مثانه، کبد، ریه، قلب و ... را در بر می‌گیرد.

این بافت‌ها و اندام‌ها را می‌توان هم در درمان و هم در پژوهش به کار برد و از آن‌ها می‌توان به عنوان جانشینی در افراد نیازمند پیوند به کار گرفت و با بافت یا اندام آسیب‌دیده تعویض کرد؛ و از سوی دیگر می‌توان از آن‌ها به عنوان مدلی واقع‌گرا برای آزمودن دارو‌های جدید و کشف سازوکار‌های زیست‌شناسی سلول استفاده کرد و کاربرد جانوران در پژوهش را کاهش داد.

کمی از استخوان‌های بحث‌انگیز برای ما بگویید
جوهر زیستی مورد استفاده در چاپ سه‌بعدی در واقع یک زیست‌ماده آکنده از سلول است که به خورد دستگاه چاپگر داده می‌شود. برای مثال، جوهری که برای چاپ زیستی استخوان به کار می‌رود آبژل حاوی سلول، سرامیک‌های زیست‌فعال و عوامل رشد است که باید در دمای عادی بدن پایدار باشند. آبژل‌ها در واقع شبکه‌هایی از پلیمر‌های آب‌دوست مانند کلاژن یا پلی‌ساکارید‌ها هستند که وقتی آب دریافت کنند به شکل ژل درمی‌آیند (بیش از ۹۰ درصدشان آب است). در اصل آبژل مانند یک بافت طبیعی است که از تمام سلول‌هایش خالی شده باشد. پژوهشگران برای آنکه به آبژل‌ها شکل سه‌بعدی استواری بدهند به تقلید از داربست یک بافت طبیعی از نانوالیاف برای پیوند‌های تقاطعی استفاده می‌کنند و به عنوان واسطه‌ای عمل می‌کنند که می‌توان با افزودن مولکول‌های پیام‌رسان زیستی به آن‌ها سلول‌ها را مدیریت کرد.

رایج‌ترین آبژل در چاپ زیستی آلژینات، یا نمک‌های اسید آلژینیک است، پلی‌ساکاریدی که از جلبک قهوه‌ای به دست می‌آید. آلژینات در تماس با آب به صمغی چسبناک و پرروزن تبدیل می‌شود و به دلیل ارزانی و طبیعت زیست‌سازگارش بیش از همه مواد زیستی به کار می‌رود. یک ماده زیستی دیگر که درباره کاربردش به عنوان جوهر زیستی دارد تحقیق می‌شود فیبروین ابریشم است که هم از کرم ابریشم و هم از تار عنکبوت به دست می‌آید.

مزایای این چاپ با دیگر چاپ‌های سه بعدی چیست؟ پرتقاضاترین بافت بدن برای بهره‌گیری از چاپ زیستی کدام است؟
آنچه هم‌اکنون با تکنولوژی سه‌بعدی چاپ می‌شود داربست‌هایی است که در مرحله بعد می‌توان آن‌ها را با سلول‌های بافت مورد نظر بذرافشانی کرد. اما اکنون پرینت زیستی سه‌بعدی یک گام دیگر به جلو برداشته و از جوهر زیستی حاوی سلول‌ها و مواد زیست‌فعال استفاده می‌کند و مزیت‌های بسیاری نسبت به چاپ دومرحله‌ای «سنتی» دارد.

استخوان‌ها ازجمله پرتقاضاترین بافت‌ها در جراحی‌های پیوند هستند. استخوان در نتیجه عوامل بسیاری همچون ناهنجاری‌های مادرزادی، ضربه، بیماری یا جراحی ممکن است آسیب ببیند. پیوند استخوان برای ترمیم ساختار و کارکرد معمولا از بدن همان شخص تامین می‌شود یا از سوی شخص دیگری اهدا می‌شود، و از آنجا که این پیوند حتما باید سالم باشد، باید آن را منبعی محدود به شمار آورد؛ و زیست‌مواد مصنوعی نیز این خلاء را به درستی پر نمی‌کنند. هرچه باشد، استخوان بافت زنده پیچیده‌ای با رگ‌های خونی است و استفاده از این فناوری در درمان می‌تواند با مشکلاتی همچون واکنش ایمنی یا نداشتن ویژگی‌های مکانیکی مناسب یا توان جوش خوردن با محل پیوند در بدن گیرنده همراه شود.

چشم‌انداز شما از این حوزه در آینده نسبتا نزدیک چیست؟
با در نظر گرفتن تمام این چالش‌های هولناک، تعجبی ندارد که چاپ سه‌بعدی به یکی از مرز‌های حوزه پژوهشی پزشکی بازساختی تبدیل شد که با سرعت رو به پیشرفت است. ساخت سازه‌های سفارشی پیچیده برای درمان بازساختی شخصی در این اواخر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است.

در حال حاضر هدف اصلی چاپ زیستی کاربرد آزمایشگاهی آن برای کاهش تعداد دارو‌های بی‌اثر است. به این روش آزمودن دارو‌های مختلف روی بافت بی‌همتای هر بیمار به لحاظ ژنتیکی در خارج از بدنش پیش از تجویز آن دارو برای او امکان‌پذیر می‌شود.

البته بیشتر آنچه در رویاپردازی‌های رشته چاپ زیستی دیده می‌شود، به‌ویژه به شکل پیوند از طریق قرار دادن سلول‌ها در سازه‌ای چاپ‌شده و تبدیل آن به یک بافت زنده کارکردی، هنوز متعلق به آینده نسبتا دور است. در آینده، حتما می‌توانیم با استفاده از داده‌های ژنومی هر شخص برای او بافت‌ها و اندام‌های سفارشی بسازیم.

این نوع آزمایش‌ها هم‌اکنون در جریان است و نتایج آن‌ها برای بهبود قابلیت پیش‌بینی وارد الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌شود. اگرچه چالش‌ها بی‌کران و بی‌شمارند، اما مطمئنم که با گذشت زمان خواهیم توانست همه آن‌ها را حل کنیم. هم‌اکنون انبوهی از پژوهشگران خاورمیانه‌ای در معتبرترین دانشگاه‌های جهان، ازجمله دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس و دانشکده پزشکی هاروارد، روی موضوعات مشابه کار می‌کنند.