انسانی بر روی تراشه: مهندسان بافت قلب و ریه ی سه بعدی اختراع کردند.

محققان راهی نوین برای رشد دادن بافتهای واقعی انسانی خارج از بدن یافته اند. فن آوری انسان بر روی تراشه که به آن آنژیو چیپ هم می گویند محیطی پر قدرت برای کشف و آزمون داروهای جدید است و میتوان در ادامه آن را برای مرمت یا جایگزینی عضوهای صدمه دیده به کار بست.

محققان دانشکده ی مهندسی دانشگاه تورنتو راهی جدید برای رشد بافتهای واقعی بدن انسان خارج از بدن یافته اند. فن آوری ابداعی آنها به نام انسان روی تراشه که به آن آنژیو چیپ هم می گویند محیطی قدرتمند برای کشف و آزمون داروهای جدید است و میتوان در ادامه آن را برای مرمت یا جایگزینی عضوهای صدمه دیده به کار بست.

پروفسور میلیسا رادیسیچ (از بخش مهندسی شیمی موسسه زیست ماده و زیست پزشکی)، بویانگ ژانگ (فارغ التحصیل مهندسی شیمی) و باقی گروه گروه های تحقیقاتی از سراسر دنیا هستند که بر روی یافتن راه هایی جهت رشد بافتهای انسانی در آزمایشگاه فعالیت می کنند. بافت های انسانی که این گروه به دنبال آن هستند باید قادر به تقلید از بدن واقعی انسان باشند و گروه روشهای ویژه ای برای تولید ستونهای پیچیده و کوچک ابداع کرده تا سلولها بتوانند در آنها رشد کنند. این محیطهای مصنوعی سلولها و بافتهایی تولید می کنند که بیش از بافتها و سلولهایی که در ظروف کشت تولید می شوند شبیه بدن واقعی هستند.

اخیراً گروه تحقیقاتی بیووایر را ابداع کرده که روشی جدید برای رشد سلولهای قلب اطراف بخیه ای ابریشم است، ضمناً ستونهایی برای سلولهای قلب که شبیه صفحه های ولکرو روی هم چفت می شوند هم از ابداعات گروه است. اما آنژیو چیپ مهندسی بافت را به سطح کاملاً جدیدی از پیشرفت رسانده است. بنا به گفته ی رادیسیچ: “آنژیو چیپ ساختار سه بعدی کاملی با رگهای خونی داخلی دارد و محلی برای جریان خون در عروق است. اطراف آنژیو چیپ هم شبکه ای برای اتصال و رشد دیگر سلولها قرار داده شده است”. نتایج تحقیقات گروه در نشریه ی مواد طبیعی منتشر شده است.

ژانگ ستون پلیمری را از POMaC ساخته که نوعی پلیمر است که هم زیست سازگار بوده و هم قابل تجزیه است. ستون از مجموعه ای از لایه های نازک ساخته شده و روی آن الگویی از کانالها حک شده که هرکدام 50 تا 100 میکرومتر عرض دارند. لایه ها شبیه ریز تراشه های رایانه اند که بصورت ساختار سه بعدی رگهای خونی مصنوعی روی هم قرار گرفته اند. برای افزودن هر لایه نور ماورای بنفش جهت پیوند اتمهای پلیمر و چسباندن آن لایه به لایه ی زیرین مورد استفاده قرار گرفت.

زمانیکه ساختار تکمیل شد آنرا در مایعی محتوی سلولهای زنده شناور میکنند. در این حال سلولها سریعاً به داخل و خارج کانالها چسبیده و درست شبیه درون بدن انسان رشد می کنند.

در این مورد رادیسیچ می گوید: “سابقاً برای این کار از دستگاهی استفاده می شد که سلولها را بین ورقه های سیلیکون و شیشه فواره می کرد. برای این کار پمپها و مکنده های متعددی برای تنها یک تراشه مورد نیاز بود. سیستم ابداعی ما یک محیط کشت عادی سلول است و پمپی وجود ندارد و برای تزریق رسانه به محل عروق از ارتفاع فشار استفاده می شود. دیواره ها بازند و براحتی میتوانید به بافتها دست یابید.”

با استفاده از این محیط تیم تحقیقاتی بافتهای قلب و ریه را که مانند قلب و ریه واقعی کار می کنند مدلسازی کرد. در این مورد هم رادیسیچ بر این نظر است که: “ریه ما توان تولید اوره حقیقی و داروهای متابولیکی را دارد”. این گروه با اتصال رگهای خونی دو عضو مصنوعی بهم نه تنها مدل بافتها را ساخت بلکه رابطه ی بین بافتها را هم برقرار کرد. گلبولهای سفید وارد رگها شد و مشاهده شد آنها با عبور از شکافهای دیواره رگها به بافت دیگر رسیدند یعنی درست مانند بدن انسان.

آنژیو چیپ در حوزه ی آزمون داروها توانایی های بالقوه ی زیادی دارد. روشهای معمول آزمون داروها نظیر آزمون روی بدن حیوانات و آزمون در محیط کنترل شده ی بالینی گران و اغلب غیر اخلاقی هستند. در مقابل آزمون روی بافتهای انسانی آزمایشگاهی با هزینه ای بمراتب کمتر مدلی حقیقی در اختیار محققان قرار می دهد. اما بهرحال این حوزه ی تحقیقاتی حوزه ای نوپاست. در این مورد رادیسیچ می گوید: ” در سالهای اخیر امکان کشت سلولهای بدن انسان برای آزمون فراهم شده اما این سلولها در محیطی دو بعدی کشت می شوند، نتیجتاً بعنوان نمونه این سلولها قادر نخواهند بود تمام فعالیتهای یک ماهیچه ی حقیقی قلب را شبیه سازی کنند.”

محیطی واقعی تر نظیر آنژیو چیپ شرکتهای داروسازی را قادر خواهد ساخت عوارض جانبی خطرناک داروها بر قسمتهای مختلف ارگانهای بدن را خیلی پیش از اینکه محصولاتشان وارد بازار شوند مورد مطالعه قرار دهند و زندگی انسانهای بسیاری به این ترتیب حفظ شود. همچنین می توان از این محیطها برای درک و تایید میزان تاثیر داروهای کنونی و حتی غربالگری ترکیبات شیمیایی جهت یافت داروهای جدید سود جست. برای تجاری کردن این فن آوری رادیسیچ و تیمش شرکت TARA Biosystems را تاسیس کردند.

خانم رادیسیچ آرزو دارد در آینده بافتهای آزمایشگاهی اش در بدن افراد جایگزین اعضای آسیب دیده از بیماری گردد. بدلیل اینکه سلولهای تلقیح شده در محیط میتوانند سلولهای زیستی گرفته شده از هرکسی باشند بافتهای جدید از نظر ژنتیکی مشابه بافتهای میزبان بوده و خطر پس زدن عضو کاهش می یابد. حتی در شرایط حاضر هم گروه نشان داده آنژیو چیپ را میتوان درون بدن موجود زنده کاشت به این صورت که عروق خونی مصنوعی ان به دستگاه گردش خون واقعی بدن متصل شده و ستون پلیمری پس از چند ماه تجزیه می شود.

گروه تحقیقاتی هنوز کارهای زیادی برای انجام دارند. هر آنژیو چیپ در حال حاضر با دست ساخته می شوند اما اگر گروه بخواهد آنرا به تولید انبوه برساند باید روشهای ساخت کارخانه ای را ابداع کند تا نمونه های زیادی در آن واحد از یک بافت ساخته شوند. با این حال در همین حجم هم امکانات بالقوه این ابداع مشهود است. در این رابطه رادیسیچ می گوید: “این ابداع چند کاربرده است و بسیاری مشکلات حوزه ی مهندسی بافت را حل میکند. قطعاً این ابداع آغاز نسل بعدی مهندسی بافت است”.

منبع: Science Daily