ساخت‌کبد مصنوعی زیستی در کشور

آیا کبد زیست مصنوعی ساخته شده از عملکردی مشابه اعمال حیاتی کبد طبیعی برخوردار است؟

این دستگاه قادر است شرایط مناسبی را برای انجام کلیه فعالیت‌هایی که در یک کبد طبیعی روی خون انجام می‌شود به وجود آورد. ابتدا خون فرد بیمار از طریق یک لوله از شریان‌ها وارد قسمتی از دستگاه می‌شود که پلاسما را از سلول‌های خونی جدا می‌کند.

سلول‌های خونی جدا شده بلافاصله از قسمت انتهایی دستگاه وارد بدن بیمار می‌شوند. سپس پلاسمای خون وارد بخش دیگری می‌شود که گوی‌های شیشه‌ای در آنجا قرار دارند.

پلاسما و ماتریس نانوساختار روی این گونه‌ها مستقر می‌شوند و سلول‌های کبدی جداسازی شده روی آن قرار می‌گیرد و به این ترتیب دفع سموم بدن از پلاسما توسط سلول‌های کبدی موجود در این سیستم انجام خواهد شد و در پایان پلاسمای تصفیه شده پس از عبور از سدهای متعددی که تامین مواد مورد نیاز پلاسما مانند اکسیژن را به عهده دارند و همچنین ترکیب با سلول‌های خونی که در آغاز ورود خون به این دستگاه از آن جدا شده بودند، به بدن فرد بیمار بازمی‌گردد.

آیا این روش، روش درمانی جدیدی است؟

استفاده از سلول کبدی در خارج از بدن از سال‌ها پیش در کشورهای مختلف مورد توجه بوده است و روش درمانی جدیدی محسوب نمی‌شود؛ اما این طرح ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که آن را از نمونه‌های خارجی که پیش از این ساخته شده بود، متمایز می‌سازد. در این طرح، با استفاده از روش‌های مهندسی بافت، سلول‌های کبدی در یک آشیانه سلولی مستقر می‌شوند.

از آنجایی که روش‌های غیربیولوژیک به علت ناتوانی در انجام اعمال متابولیک و سنتتیک سلول‌های کبدی با محدودیت‌های بسیار زیادی مواجه هستند، استفاده از کبد زیست مصنوعی که در آن سلول‌های کبدی با استفرار در یک واکنشگاه زیستی زمینه مناسبی را برای انجام اعمال حیاتی کبد در مجاورت سلول‌های کبدی به وجود می‌آورند از مدت‌ها پیش مورد توجه محققان بوده و تحقیقات بسیاری درباره آن انجام شده است.

در این طرح از چه روشی برای ساخت کبد مصنوعی استفاده شده است؟

این طرح در حقیقت ادامه طرح ساخت نای یا تراشه مصنوعی است که نتایج مربوط به آن سال گذشته اعلام شد و در اینجا نیز از همان روش مهندسی بافت به گونه‌ای دیگر استفاده شده است. این دستگاه، مدل شبیه‌سازی شده از کبد طبیعی است که خداوند آن را با ساختار ساده‌ای برای دفع سموم و مواد زاید از بدن طراحی کرده است.

در این طرح در بخشی از دستگاه کبد زیست مصنوعی ساختارهای گوی‌شکل شیشه‌ای وجود دارد که به عنوان غشا چسبندگی لازم برای اتصال 10 میلیارد سلول کبدی به یکدیگر را تامین می‌کند تا سلول‌های کبدی جداسازی شده عملکردی طبیعی داشته باشند. اگر چسبندگی لازم بین سلول‌های کبدی وجود داشته باشد، میزان فعالیت این سلول‌ها به صورت لگاریتمی افزایش خواهد یافت.

گوی‌ها نباید الزاما شیشه‌ای باشند، بلکه می‌توانند از جنس ساختارهای مصنوعی نیز باشند. کلاژن روی گوی‌ها قرار می‌گیرد و نانوساختاری را به وجود می‌آورد که نقش داربست یا آشیانه سلولی را دارد.

در طرح‌های مشابه که پیش از این در کشورهای دیگر برای ساخت کبد مصنوعی ارائه شده است، از کلاژن حیوانی به دست آمده از جانوران خشکی‌زی استفاده می‌شود، اما در این طرح کلاژن از موجودات دریایی تامین شده است که خطر انتقال بیماری‌های مشترک بین دام و انسان را از بین خواهد برد.

ساختار سلول‌ها در این روش به صورت دو قطبی است که میزان فعالیت سلول‌های کبدی را تا 90 درصد افزایش می‌دهد و عملکرد طبیعی سلول‌‌ها را حفظ می‌کند. مقدار کلاژن و سلول‌های بنیادی لازم برای هر بیمار نیز با توجه بشدت بیماری محاسبه خواهد شد.

سلول‌‌های تولید‌شده با استفاده از ماتریکس نانو کاملا مشابه سلول‌های طبیعی کبد، فعالیت‌‌های متابولیکی نظیر ساخت پروتئین و جذب سلول‌های چربی و کربوهیدرات‌ها را انجام می‌دهند.

این مجموعه شامل 10 میلیارد سلول مشابه کبدی است که با الگوبرداری از سلول‌های کبد طبیعی به صورت سه‌بعدی ساخته شده است، ‌این سلول‌ها نوعی نانو کریستال هستند که قابلیت تکثیر و بازسازی دارند.

این طرح در حال حاضر در چه مرحله‌ای است و پیش‌بینی می‌شود ظرف چه مدت زمانی بتوان آن را به تولید انبوه رساند؟

این پروژه علمی که از یک سال و نیم پیش آغاز شده، مراحل اولیه را پشت سر گذاشته و نتایج موفقیت‌آمیز آن روی گوسفند به تایید شورای دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی رسیده است.

مجوزهای کمیته اخلاق پزشکی نیز گرفته شده و اکنون فاز انسانی آن در حال بررسی است که پیش‌بینی می‌شود انجام این مراحل 18 ماه به طول بینجامد و پس از آن بتوانیم با تولید انبوه آن نیاز بیماران کبدی به این فناوری را بر طرف سازیم. برای این که یک طرح تحقیقاتی در نهایت بتواند به تولید انبوه برسد، باید تمام مسائل مربوط به آن مورد بررسی قرار گیرد.

این طرح در فاز انجام مطالعات حیوانی موفق بوده و هیچ‌گونه عوارضی را برای بیمار به همراه نداشته است اما برای این که بتوانیم از آن در درمان انسان‌ها استفاده کنیم،‌ باید مطالعات بیشتری درباره آن شود تا در انسان عوارض جانبی نداشته باشد و بتواند سلامت فرد را تضمین کند اما با توجه به این که تاکنون در این زمینه اقدامات مشابهی انجام نشده بود، پیش‌بینی می‌شود این دستاورد علمی بتواند پیامدهای مطلوبی را در زمینه طراحی و ساخت سیستم‌های مراقبتی به همراه داشته باشد.

از کبد مصنوعی برای درمان چه بیمارانی استفاده خواهد شد؟

در حقیقت این روش نوعی سلول درمانی است که با استفاده از آن سلول‌های کبد در خارج از بدن فرد و متناسب با وضعیت بیمار و گروه‌ خونی او براساس فناوری نانو و مهندسی بافت روی گوی‌های شیشه‌ای نانو ساختار ایجاد می‌شوند.

این دستگاه پس از اتصال به رگ‌ها و شریان‌های اصلی بدن بیمار به طور موقت کار کبد را برای فردی که کبد او دچار نارسایی شده است انجام خواهد داد. در کشور ما هر سال 2 تا 3 هزار نفر به نارسایی کبدی مبتلا می‌شوند.

از سوی دیگر یک و نیم برابر این تعداد نیز بیمار کبدی مزمن داریم که با توجه به لزوم استفاده از کبد از بیمار مرگ مغزی نمی‌‌توان در مدت زمان لازم برای نجات فرد بیمار از این روش یعنی پیوند کبد برای درمان او استفاده کرد. اما با استفاده از این دستگاه سلول‌های کبدی برای مدت زمان یک ماه در خارج از بدن زنده می‌مانند و می‌توانند دفع سموم و مواد زاید از خون را با عملکردی مشابه کبد برای فرد بیمار انجام دهند.

به این ترتیب علاوه بر این که فرد بیمار در مدت زمان انتظار برای دریافت کبد با مشکلی مواجه نخواهد شد، فرصت مناسبی ایجاد می‌شود تا کبد بتواند خود را ترمیم کند. اگر چه کشور ما در زمینه پیوند کبد به موفقیت قابل‌توجهی دست یافته است اما در حال حاضر تنها 200 نفر از بیماران مبتلا به هپاتیت که تعداد‌ آنها همچنان در حال افزایش است، تحت عمل پیوند قرار می‌گیرند.

به عبارت دیگر به طور متوسط هر سال 140 تا 200 نفر دهنده عضو وجود داردکه با توجه به شیوع 5/1تا 2 میلیون نفری هپاتیت در ایران باید از روشی استفاده کرد که در مرحله حاد نارسایی کبدی بتواند جایگزین این ارگان شود.

اگر اعمال اصلی کبد در این مرحله بتواند از طریق روش‌های جایگزین انجام شود، میزان بهبودی بیماران نیز افزایش خواهد یافت و در نتیجه دیگر نیازی به پیوند کبد نخواهد بود. وقتی کبد از کار می افتد و سلول‌های آن کارکرد طبیعی خود را از دست می‌‌دهند، سموم و مواد زاید در بدن تجمع پیدا کرده و در نتیجه مغز آسیب دیده و فرد دچار مرگ می‌شود.

پیش از این در بسیاری از کشورها ازدستگاه‌های غیرزیستی برای درمان این افراد استفاده می‌شد، اما با استفاده از سلول‌های کبدی در خارج از بدن مشابه دیالیز بیماران کلیوی، می‌‌توان این کار را به صورت زیستی انجام داد.

چه نوآوری‌هایی این طرح را از نمونه‌های خارجی مشابه متمایز کرده است؟

در سطح دنیا از 4 تا 6 روش ابداعی برای ساخت کبد مصنوعی استفاده می‌شود که قدمتی 10 ساله دارند و هر کدام از آنها علاوه بر مزایا از معایبی نیز برخوردارند. این ساختار معایب هیچ یک از روش‌های ابداعی موجود را ندارد. ساختارنانو ماتریکس مورد استفاده در این سیستم کاملا بومی کشور است.

علاوه بر این استفاده از کلاژن موجودات دریایی به جای کلاژن موجودات خشکی‌زی خطر انتقال بیماری‌های مشترک بین دام و انسان را از بین می‌برد. نوآوری دیگری که در کبد مصنوعی ایرانی وجود دارد این است که در این روش از سلول‌های بنیادی کبدی دو قطبی استفاده شده است که سبب افزایش ماندگاری این سلول‌ها خواهد شد.

برای این‌که سلول‌های کبدی بتوانند فعالیت طبیعی خود را حفظ کنند، باید دارای ساختاری دو قطبی باشند تا از میکروگراویتی لازم برخوردار بوده و پس از خارج شدن از محیط طبیعی بدن شکل خود را از دست ندهند.

این ساختار دو قطبی شبیه به یک داربست سلولی عمل می‌کند و مانع از پهن شدن سلول‌ می‌شود که در نتیجه عملکرد سلول‌ها تا بیش از 90 درصد حفظ می‌شود. در نمونه‌های خارجی ساختار سلولی تمایز پیدا نکرده و از عملکردی 60 تا 70 درصدی برخوردار خواهد بود. همچنین این سلول‌ها حداکثر برای مدت زمان 3 هفته زنده خواهند ماند.

براساس برآوردهای انجام شده ساخت دستگاه بومی تنها یک سیستم نمونه‌ خارجی و حدود 8 هزار دلار هزینه در بر خواهد داشت که در صورت تولید انبوه، قیمت آن به مراتب کاهش خواهد یافت.

به‌طور کلی نگهداری سلول‌های کبدی، تکثیر و قرارگیری آن روی غشاهایی که بتواندکارکرد سلول‌ها را حفظ کرده و از آن جدا نشود و همچنین شرایط زیستی سلو‌ل‌ها را در محیط خارج از بدن حفظ کند، از مهم‌ترین ویژگی‌های دستگاه کبد مصنوعی ساخته شده است.

کبد، پالایشگاه بدن‌

کبد یکی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌تری اعضای بدن است که انجام بسیاری از اعمال متابولیکی بدن نظیر ساخت پروتئین و دفع مواد زاید از خون را به عهده دارد. سلول‌های کبدی به طور مداوم پروتئین‌هایی را ساخته و در خون ترشح می‌کنند. همچنین سلول‌های کبدی می‌توانند مواد مختلفی مانند ویتامین‌ها و تری‌گلیسیریدها را نیز در خود ذخیره کنند. سلول‌‌های کبدی از طریق آنزیم‌های شبکه آندوپلاسمی، موادی مانند الکل و التروئیدها را غیر فعال می‌کنند و نقش بسیار مهمی در سم‌زدایی از بدن دارند.

علی‌رغم این‌که سلول‌های کبدی دارای عمری طولانی هستد، قدرت ترمیم شگفت‌انگیزی نیز دارند. وجود 10 تا 20 درصد از کل کبد برای ادامه حیات این عضو کافی است. این در حالی است که با خارج کردن این عضو از بدن، فرد پس از 24 ساعت دچار مرگ خواهد شد.

چرا که کبد انجام تعداد زیادی از اعمال متابولیک ضروری بدن را به عهده دارد و هر نوع ماده غذایی پیش از ذخیره شدن، انتقال یا استفاده، باید توسط کبد به شکل صحیح بیوشیمیایی خود تغییر پیدا کند بنابراین می‌توان از آن به عنوان عضو مهمی از بدن نام برد که بدون آن ادامه حیات غیرممکن خواهد بود.

فرانک فراهانی‌جم‌