ابتکار محققان ایرانی در مطالعه سرطان

بتازگی گروهی از محققان پژوهشکده معتمد جهاد دانشگاهی (مرکز تحقیقات سرطان سینه) با کمک پرینتر سه‌بُعدی موفق به ساخت بستری برای کشت سه‌بُعدی سلول‌های سرطانی با هدف ایجاد مدل‌های توموری شده‌اند. ساخت چنین مدل‌هایی می‌تواند روند مطالعات سرطان و تحقیقات داروهای سرطان را تسهیل و آزمایش‌های این حوزه را به شرایط واقعی تومورها در بدن نزدیک کند.
دکتر امیر صیفوری، عضو هیات علمی گروه زیست‌مواد و مهندسی بافت پژوهشکده معتمد جهاد دانشگاهی -که بتازگی با همکاری محققان دانشگاه ویکتوریای کانادا موفق به فناوری جدیدی در حوزه مطالعه تومورها دست یافته است -‌درخصوص چگونگی شکل‌گیری این ایده توضیح می‌دهد: داروهای مورد استفاده برای درمان بیماران سرطانی معمولا به صورت عمومی و کلی تجویز می‌شود. این در حالی است که ویژگی‌های ژنتیک و شرایط محیط بدن هر فرد می‌تواند بر روند سرطان و پاسخ‌دهی به درمان اثرگذار باشد؛ بنابراین دو فردی که نوع سرطان و حتی مرحله پیشروی یکسانی دارند، می‌توانند پاسخ کاملا متفاوتی به دوز مشابهی از داروی مورد استفاده در شیمی‌درمانی بدهند. از سوی دیگر در حال حاضر بیشتر مطالعات آزمایشگاهی داروهایی که برای درمان سرطان توسعه پیدا می‌کنند، به بررسی اثر آنها روی کشت تک لایه سلول‌های سرطانی و پس از آن حیوان مدل محدود است. در صورتی که نحوه کنار هم قرارگیری سلول‌های سرطانی در تومور واقعی و تعاملشان با سلول‌های غیر سرطانی مجاور و محیط اطراف، کاملا در میزان اثربخشی دارو و بهبود بیماری موثر است.
وی با اشاره به این که روند پیشرفت علم پزشکی در دنیا به سمت شخصی‌سازی (Personalized Medicine) در حال پیشروی است، می‌افزاید: چنین رویکردی در خصوص بیماری‌هایی مانند سرطان که ناهمگونی‌های ژنتیک در آن دخیل است می‌تواند بر روند درمان اثر بسیار مثبتی داشته باشد. اما از آنجا که برای تجویز داروی قائم به فرد نیاز به مطالعاتی فراتر از بررسی کشت ساده سلولی یا حیوان مدل است، باید به‌دنبال ایجاد مدل‌هایی هرچه بیشتر شبیه شرایط تومور در بدن باشیم تا بتوان بر اساس ویژگی‌های ژنتیک هر فرد نوع و میزان دارو را مشخص کرد. ما نیز برای رفع این نیاز اقدام به تولید میکروتومورهایی مشابه شکل‌گیری تومور در بدن فرد، در بستری از جنس ژل آگاروز کرده‌ایم.
تقسیم متوازن، رمز موفقیت
گروه تحقیقاتی دکتر صیفوری در همین خصوص با کمک پرینتر سه‌بعدی سازه‌ای پلیمری تولید کرده‌اند که می‌تواند به عنوان قالب برای تولید بسترهایی با جنس ژل بر پایه آب (آگاروز) مورد استفاده قرار بگیرد. این سازه‌های ژلی که باید در ظروف مخصوص کشت سلول قرار داده شود، دارای سطحی گود برای قرارگیری نمونه است. ظاهر این بستر ژلی به صورت چاهکی در مرکز و 40 میکروچاهک دور آن است که از طریق میکروکانال‌هایی به چاهک مرکزی متصل شده‌اند. این ساختار به نحوی طراحی شده است که نمونه سلولی پس از قرارگیری در چاهک مرکزی پس از عبور از میکروکانال‌ها به صورت کاملا مساوی و همگون در میکروچاهک‌های کناری تقسیم شوند. براساس تعداد سلول اولیه‌ای که در سازه بارگذاری می‌شود، اندازه میکروتومورهای نهایی متفاوت خواهد بود. بنابراین بر اساس هدف مطالعه می‌توان تعداد سلول‌های هر میکروتومور را انتخاب کرد. البته اندازه میکروتومورها تا حدی در زمان چاپ سه‌بُعدی قالب نیز قابل تنظیم است. ابعاد میکروچاهک‌ها را به آسانی می‌توان در مرحله ساخت قالب بین صد میکرومتر تا یک میلی‌متر تنظیم کرد.
دکتر صیفوری در خصوص دلیل انتخاب سایز کوچک برای بازسازی تومورها در محیط آزمایشگاهی توضیح می‌دهد: گرچه میکروتومورها بسیار کوچک‌تر از اندازه واقعی تومورها در بدن هستند، ابعاد کوچک آنها امکان آزمایش و بررسی همزمان چند نمونه را فراهم می‌کند. همچنین با توجه به هزینه بالای تولید داروهای شیمی‌درمانی، محققان همواره به‌دنبال روش‌هایی هستند که با حداقل مقدار ممکن از دارو، دقیق‌ترین و تا حد امکان نزدیک‌ترین نتیجه به شرایط بدن را فراهم کند. از همین رو فناوری‌هایی در ابعاد میکرو بسیار مورد توجه هستند. وی با اشاره به مقالات معتبر علمی خاطرنشان کرد: تحقیقات علمی اثبات کرده‌اند تومورهایی بزرگ‌تر از 450میکرومتر فعل‌وانفعالات سلولی مشابهی با تومورهای واقعی داخل بدن خواهند داشت. بنابراین میکروتومورهایی که در این بستر سه‌بُعدی ساخته می‌شوند، عملکردی مشابه تومور اصلی خواهد داشت.»
میکروتومورها به کمک داروسازان و پزشکان می‌آیند
این پژوهشگر جوان حوزه مهندسی زیست‌مواد در خصوص کاربرد این فناوری بیان کرد: برای شرکت‌های دارویی که داروهای جدید شیمی‌درمانی را توسعه می‌دهند،استفاده از این فناوری ارزان‌قیمت و بسیار آسان است. زیرا نتایج قابل اطمینان‌تری با توجه به ساختار مشابه و همچنین گستره وسیعی از نمونه بیماران با ویژگی‌های ژنتیک متفاوت برای بررسی دارو خواهد داشت و از طرفی نیاز به دستگاه‌ها یا دوره‌های آموزشی پیچیده‌ای نخواهد داشت. دکتر صیفوری همچنین با اشاره به کاربرد این فناوری در شناسایی داروی مناسب و دوز مورد نیاز متناسب با هر بیمار در مراکز درمان سرطان تشریح کرد: با کمک این سازه می‌توان با سلول‌های سرطانی که از بدن خود بیمار نمونه‌برداری شده‌اند، اسفروئیدهایی توموری مشابه تومورهای بیمار را در آزمایشگاه تولید کرد. در این حالت علاوه بر سلول‌های سرطانی، سلول‌های بافت‌های مجاور نیز همراه نمونه در تشکیل تومورها شرکت خواهند کرد. بنابراین شرایط مشابه‌تری به شرایط طبیعی ایجاد خواهد شد و تا حدود 90درصد پاسخ مشابهی با پاسخ بدن به دارو خواهد داشت. سپس بر اساس نتایج به دست آمده نسبت به داروهای متفاوت یا دوزهای مختلف یک دارو، پزشک متخصص دارو و میزان آن را برای آن شخص تجویز خواهد کرد.
دکتر صیفوری درخصوص میکروتومورهای ساخته شده با کمک این سازه ژلی توضیح داد: تاکنون با استفاده از سلول‌های سرطانی نمونه‌برداری شده از بیماران سرطانی، موفق به ساخت اسفروئیدها یا همان بافت میکروتوموری از سلول‌های سرطان سینه، مغز، کبد و دهانه رحم شده‌ایم. اثر تیمارهای دارویی را نیز روی این ساختارهای مصنوعی بررسی کرده‌ایم.
مزایای استفاده از بستر ژلی برای ساخت تومور مصنوعی
فرآیند ساخت اسفروئیدهای توموری با این فناوری بسیار ساده است. به تجهیزات آزمایشگاهی خیلی پیچیده‌ای نیاز ندارد و بسادگی در هر آزمایشگاهی که شرایط کشت سلول در آن فراهم باشد، قابل اجراست. از نقاط قوت دیگر این روش مدت زمان کوتاه مورد نیاز برای بررسی نتایج است. به گفته صیفوری مراحل کشت سلول روی هر سازه در چند ثانیه انجام می‌شود، سپس سازه‌ها باید به مدت دو روز مشابه دمای بدن گرمادهی شوند تا میکروتومورها شکل بگیرند. پس از این مرحله می‌توان دوزهای دارویی مختلف را روی آنها امتحان کرد. از مزیت‌های دیگر این سازه امکان اثردهی دارو بر میکروتومورها بدون نیاز به خارج کردن آنها از درون بستر است. در واقع مشابه آنچه برای کشت سلول انجام شد، دارو نیز در چاهک مرکزی به میزان مورد نیاز قرار داده می‌شود و بر اساس ساختار به صورت کاملا یکنواخت و مساوی از مسیر میکروکانال‌ها به اسفروئیدها می‌رسد. این موضوع در یکنواخت بودن شرایط آزمایش بسیار حائزاهمیت است. در نهایت پس از یک هفته گرمادهی مشابه بدن، نتایج حاصل برای تجویز داروی مناسب تحلیل خواهد شد.
ساخت این سازه نیز به تجهیزات پیچیده یا مواد گران‌قیمتی نیاز ندارد. پرینتر سه‌بعدی طراحی شده برای ساخت قالب قادر است در نیم ساعت با مواد پلیمری قالب را تولید کند. هر قالب می‌تواند برای ساخت حداقل صد سازه آگاروزی مورد استفاده قرار بگیرد. ساخت هر سازه ژلی نیز بسیار راحت است و دقیقا مشابه ژله‌هایی که در خانه آماده می‌کنیم و در قالب می‌ریزیم تا شکل بگیرد، در قالب‌ها ریخته شده و پس از شکل گرفتن از قالب خارج می‌شود و در ظرف‌های مخصوص کشت سلول قرار می‌گیرد.

مطالعه سرطان در قالب همکاری بین‌المللی

دکتر صیفوری درخصوص چگونگی همکاری با دانشگاه ویکتوریای کانادا بیان می‌کند: ایده اولیه این طرح به صورت مشترک طی صحبت‌هایی با دکتر محسن اکبری، عضو هیات علمی دانشگاه ویکتوریا شکل گرفت. ایجاد شرایطی مشابه تومورهای بدن یکی از دغدغه‌های مهم جهانی در حوزه درمان سرطان است. پس از مذاکرات اولیه و به ‌نتیجه ‌رسیدن توافقات، طی تفاهم‌نامه‌ای میان پژوهشکده معتمد جهاد دانشگاهی و دانشگاه ویکتوریای کانادا، این طرح به صورت مشترک انجام شد. به‌گفته دکتر صیفوری علت این همکاری صرفا سرعت بخشیدن به پروژه بوده و نیازی به تجهیزات یا دانش علمی خاصی از کانادا وجود نداشته است.
اکنون این پروژه موفق در مراحل اداری ثبت اختراع قرار دارد. گروه تحقیقاتی دکتر صیفوری تصمیم دارند پس از ثبت محصول آن را در قالب شرکتی دانش‌بنیان تجاری‌سازی کرده و در اختیار مراکز تحقیقاتی درمان سرطان کشور قرار دهند. همچنین در حال حاضر فرآیند تحقیق و توسعه (R&D) برای بهبود و افزایش قابلیت‌های این فناوری در حال انجام است. به عقیده دکتر صیفوری این سازه به دلیل مزایای منحصر به فردی که دارد، قابلیت رقابت در بازارهای جهانی را نیز خواهد داشت.
گفتنی است نتایج این مطالعه علمی در هشتم اکتبر 2018 در نشریه پژوهشی لَب‌آنِ‌چیپ (Lab On a Chip) منتشر شده است.

عسل اخویان‌طهرانی

دانش