به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، تاکنون دانشمندان موفق به شبیه‌سازی اندام‌هایی نظیر پوست، قلب، شش، کلیه، شریان، غضروف و استخوان روی تراشه شده‌اند. شبیه‌سازی رگ‌های خونی از طریق فناوری اندام تراشه، نه تنها به شبیه‌سازی اندام و بررسی دقیق داروها روی آن کمک می‌کند، بلکه کمک بسیار زیادی به شناخت و درک ما از ساختار و فعالیت رگ‌های کوچک می‌کند و این مسئله باعث می‌شود که روش‌های درمانی جدیدتر و بهتری برای حل مشکلات خونی و عروقی ابداع شود.

اندام تراشه

اندام تراشه (Organ-on-a-chip) یکی از ده فناوری برتر در حال ظهور به حساب می‌آید. اندام تراشه یک سیستم شبیه‌سازی شده از اندام فیزیولوژیک است که روی یک تراشه میکروسیال قرار دارد. این تراشه، به شکل سه‌‌بعدی و چند کاناله (کانال‌ها توسط مایع پر می‌شوند) و از جنس پلیمر سیلیکونی یا پلاستیک است که برای شبیه‌سازی تمامی سیستم‌ها، فعالیت‌ها و فرایندهای فیزیولوژیک یک اندام طراحی می‌شود و در واقع می‌توان از آن به عنوان یک اندام مصنوعی کوچک یاد کرد. قبلاً دانشمندان از این روش‌های آزمایشی زیست‌درمانی فقط بر روی حیوانات استفاده می‌کردند که عموماً قابل تعمیم به انسان نبود یا در محیط‌های کشت آزمایشگاهی انجام می‌گرفت؛ که به سلول‌ها اجازه نمی‌داد آن طور که در بدن انسان فعالیت داشتند، انجام وظیفه کنند. همگرایی و پیشرفت زیست تراشه و زیست‌شناسی سلولی  این اجازه را به بشریت داده تا بتوانند فرایندهای فیزیولوژیک مخصوص هر اندام را به شیوه‌ای جدید و در آزمایشگاه انجام دهند. این تکنولوژی باعث می‌شود که دیگر برای تولید دارو و آزمایش‌های سم‌شناسی نیازی به مدل‌های حیوانی نباشد و حیوانات آزمایشگاهی برای انجام اینگونه آزمایش‌ها آسیب نبینند و کشته نشوند. این تکنولوژی فشاری را برای کشف داروهای جدید به منظور درمان بیماری‌های نادر یا بیماری‌هایی که به علت نبود مدل‌های موجود یا نبود دقت کافی، نادیده گرفته می‌شدند؛ فراهم کرده است. بویژه، این پلتفرم‌ها می‌توانند شامل سلول‌های یک بیمار باشند؛ بنابراین منجر به کشف خاص یک نوع بیماری ‌شوند.

به عنوان مثال، اگرچه بیماری سلول داسی شکل برای اولین بار در اوایل دهه 1900 توصیف شد، ولی دامنه شدت این بیماری در هنگام تلاش برای درمان آن، باعث ایجاد چالش‌هایی شد. از آنجا که این بیماری در میان اقلیت‌های با سطح اقتصادی ضعیف شایعتر‌ است، به دلیل نابرابری اجتماعی-اقتصادی، انگیزه‌ای برای کشف استراتژی‌های درمانی جدید برای آن وجود ندارد و لذا این بیماری هم اکنون، به یکی از جدی‌ترین بیماری‌های نادر (Orphan) در سطح جهان تبدیل شده است.

راهکار سلولی جایگزین برای اندام تراشه‌ها

Tanmay Mathur، دانشجوی مقطع دکترا در گروه مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه A&M تگزاس، در حال توسعه عروق خونی شخصی‌سازی شده (استفاده از سلول‌های خود فرد برای درمان بیماری) به منظور بهبود دانش و به دست آوردن درمان‌هایی در برابر اختلال عملکرد عروقی است که هم در بیماری سلول داسی شکل و هم سایر بیماری‌های نادر خونی و عروقی دیده می‌شود. سلول‌های موجود مورد استفاده در مدل‌های عروق خونی از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (IPSCs) استفاده می‌کنند که خود آنها، از سلول‌های اندوتلیال بیمار مشتق شده‌اند. اما به گفته Mathur، این سلول‌ها به سرعت منقضی می‌شوند و نمی‌توانند برای مدت زمان طولانی ذخیره شوند. تحقیقات Mathur یک راهکار جایگزین را پیشنهاد می‌دهد – استفاده از سلول‌های اندوتلیال یا سلول‌های لایه‌ی درون رگی مشتق شده از خون (BOECs)، که می‌تواند از خون خود بیمار جداسازی گردد. تنها چیزی که لازم است 50 تا 100 میلی‌لیتر خون است. تجهیزات و معرف‌های درگیر در این فرآیند بسیار کم هزینه هستند و در بیشتر محیط‌های آزمایشگاهی در دسترس می‌باشند. سلول‌های مورد استفاده نیز، در واقع سلول‌های پیش‌ساز اندوتلیال هستند که قدرت تکثیر بالایی دارند و اگر مواد غذایی مورد نظر آنها تأمین گردد، ظرف یک ماه، سلول‌های کافی ایجاد خواهند کرد که می‌توان با موفقیت به پاساژ دادن آنها برای طولانی مدت ادامه داد.

آیا BOECها مانند IPSCها در زمینه اندام تراشه کار می‌کنند یا خیر؟

این سؤالی است که Mathur اخیراً در مقاله‌ای که در مجله انجمن قلب آمریکا منتشر شده به آن پاسخ داده است. او با استفاده از ترکیب آنالیز تراشه رگ با توالی‌یابی RNA سه بعدی، نشان داد که BOEC‌ها در مقایسه با سایر سلول‌ها، از نظر آماری تفاوت قابل ملاحظه‌ای ندارند و می‌توان از آنها هم در مطالعات خاص بیمار و هم به عنوان جایگزینی برای سلول‌های موجود استفاده کرد. قدم بعدی Mathur این است که آزمایشات را بر روی گروه بزرگتری از نمونه‌های خون افراد مبتلا به بیماری سلول داسی شکل آغاز کند و محاسبات را از طریق دستگاه یادگیری و هوش مصنوعی (به منظور پیش‌بینی بیماری) وارد پروژه کند. با توسعه مدل تراشه‌ای که می‌تواند متغیرهایی نظیر زمان لخته شدن، التهاب و موارد دیگر را پیش‌بینی کند، این الگوریتم می‌تواند تاریخچه و درمان هر بیمار را به وضعیت بیماری آن فرد مرتبط کند. در واقع این مدل بگونه‌ای طراحی شده که اگر برای 100 بیمار در نظر گرفته شود؛ 101‌اٌمین بیماری که در این مدل قرار بگیرد، الگوریتم می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا آن فرد، دارای عارضه‌ی شدید، متوسط یا خفیف سلول داسی شکل است. این مسئله برای پزشک مهم است، زیرا می‌خواهد بداند مؤثرترین راهکارهای درمانی کوتاه‌مدت و یا بلندمدت برای بیمار چیست.

این پروژه، پایه‌ای برای آنچه در آینده مهندسی بافت و فناوری اندام تراشه نهفته است و همچنین تأثیر مثبتی که این پلتفرم‌ها در پزشکی شخصی‌سازی شده می‌توانند ایجاد کنند، بوجود خواهد آورد. توسعه این الگوریتم، به کاهش حدس و گمان پزشکان در ایجاد طرح‌های درمانی کمک می‌کند. Mathur گفت: "در حال حاضر، ما نمی‌دانیم چه مقدار از دارو را به یک بیمار با شرایط خفیف بدهیم. به همین دلیل است که ما در مورد عوارض دارو، تصحیح بیش از حد یا نادرست می‌کنیم. هر دارویی واکنش‌های جانبی خاصی خواهد داشت که فقط می‌توان آنها را به حداقل برسانید. بهترین راه برای به حداقل رساندن واکنش‌های جانبی این است که درمان را برای هر بیمار تنظیم کنید (شخصی‌سازی درمان). او همچنین اضافه کرد که تلاش دارد میزان تکرار و هزینه درمان را به حداقل برساند تا موفقیت درمان را برای بیماران به حداکثر برساند.

پایان مطلب/

:Ref

1. https://www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211210103054.htm.
2. Tanmay Mathur, James J. Tronolone, Abhishek Jain. Comparative Analysis of Blood‐Derived Endothelial Cells for Designing Next‐Generation Personalized Organ‐on‐Chips. Journal of the American Heart Association, 2021; 10 (22) DOI: 10.1161/JAHA.121.022795.
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip.