کارخانه پوست انسان راه‌اندازی می‌شود

بالا گرفتن تقاضای این محصول در حالی است که سرعت روز افزون تولید محصولات مهندسی در زمینه‌های پزشکی، دارویی و شیمیایی با منابع موجود و متعارف آن همخوانی ندارد و هر روزه شاهد محصول جدیدتری در سایه فناوری‌های نوین هستیم.

در همین رابطه و طی کنوانسیون بین‌المللی بایو 2009 در آتلانتای آمریکا که چندی پیش برگزار شد گروهی از محققان و مراکز تحقیقاتی پیشگام در زمینه تولید صنعتی پوست انسان به ارائه یافته‌ها و چشم‌انداز تولید و مصرف این محصول راهبردی حوزه سلامت انسان پرداختند و نشان دادند که پوست مصنوعی چگونه می‌تواند طی فرآیندی کاملا خودکار در خط تولید کارخانه‌ای قرار گرفته و به عنوان محصول خروجی صنعتی جای خود را باز کند.

رویای دیرینه

پوست به عنوان محصولی کارخانه‌ای، رویای دیرباز داروشناسان، شیمیدان‌ها و پزشکان بوده است، به همین ترتیب نیز اجرا و تحقق نتایج پژوهش‌های علمی نیازی مبرم به کمیت‌های بالایی از «مدل‌های پوست» داشته و دارد. چنین مدل‌های پوستی را می‌توان به منظور تعیین سازگاری محصولاتی همچون کرم‌ها، صابون‌ها، مواد شوینده و پاک‌کننده، داروها و پانسمان‌های چسبنده با پوست بدن مورداستفاده قرا داد. بدیهی است که نتایج چنین آزمایش‌هایی در مقایسه با آزمایش‌های حیوانی معنی‌دارتر بوده و حتی می‌تواند آزمون‌های رایج و جانوری را تا حد زیادی زائد و غیر ضروری کند، اما با این اوصاف پوست مصنوعی محصول کمیاب و نادری است.

پوست دولا‌یه

به اعتقاد پروفسور هایکه مرتسینگ، از محققان ارشد پروژه «مهندسی خودکار بافت» چنین محصولی پیچیده و مستلزم کاردستی زیادی است. در حال حاضر حتی شرکت‌های بین‌المللی که از بازار ثابتی برخوردارند، نمی‌توانند بیشتر از 2000 ریز قطعه پوستی را در ماه تولید کنند. این در حالی است که با توجه به احتیاجات سالانه بیش از 5/6 میلیون واحد تنها در منطقه اروپا، تقاضای صنعتی این محصول از کل ظرفیت‌های موجود فعلی پیشی گرفته و حجمی به مراتب گسترده‌تر را شامل می‌شود. این محقق برجسته که مدیریت بخش سامانه‌های سلولی در انستیتوی تحقیقات پیشرفته فرون هافر آلمان را در حوزه مهندسی بافت و زیست‌فناوری به عهده دارد معتقد است مهندسی بافت هنوز دوران طفولیت عمر خود را می‌گذراند و تا امروز عرضه پوست اغلب محدود به مدل‌های تک‌لایه پوست بوده که تنها یک نوع سلول منفرد را شامل می‌شود. اما در سایه توسعه‌های صورت گرفته در بخش‌های مختلف تحقیقاتی این موسسه نام‌ آشنا، تیم پروژه به مدلی از پوست با حق امتیاز انحصاری دست یافته‌ که مشتمل بر پوستی 2 لایه با انواع مختلف سلول است. به باور کارشناسان، تحقق این دستاورد بزرگ در حالی است که علاوه بر ارائه نسخه تقریبا کاملی از پوست انسانی به جامعه علمی، می‌تواند بیشتر از هر سامانه قابل دسترس فعلی در بازار فراهم‌کننده اطلاعات ارزشمند باشد.

اکنون و در همین رابطه، گروهی متشکل از محققان رشته‌های مختلف علمی در حال توسعه نخستین سامانه تولید تمام‌خودکار برای مدل‌های پوست 2 لایه در این مرکز پژوهشی هستند و درعین حال تنها مهندسان و زیست‌شناسانی محسوب می‌شوند که در خصوص مکانیزه کردن کامل زنجیره فرآیند تولید پوست دو لایه در جهان به موفقیت رسیده‌اند. اما شیوه تولیدی این محققان چنین است که طی فرآیندی چند مرحله‌ای، نخست قطعات کوچکی از پوست را استریلیزه و سپس به قطعات کوچک‌تری برش می‌دهند و با آنزیم‌های مخصوصی اصلاح و در نهایت آن را به 2 جزء سلولی تفکیک می‌کنند. گام بعدی فرآیند شامل ترکیب کردن 2 نوع سلول موجود به مدلی 2 لایه با افزودن کولاژن به سلول‌هاست که برای تشکیل لایه کمتر انعطاف‌پذیر یا به اصطلاح غشای میانی پوست صورت می‌گیرد و در واقع قابلیت ارتجاعی طبیعی به بافت می‌بخشد. در این مرحله، کسرهای سلولی در یک محیط کشت مرطوب و تحت درجه گرمای بدن نگهداری شده و کمتر از 3 هفته زمان می‌برد تا با هم رشد کنند و مدل پوست کامل و آماده شده‌ای به قطر حدود یک سانتی‌متر را تشکیل دهند. به ادعای محققان این تکنیک پیش از این کاربرد عملی خود را به اثبات رسانده است؛ اما تاکنون برای به کارگیری در جریان تولید انبوه بسیار گران و پیچیده بوده است و این در حالی است که فرآیند تولید پوست و محصول نهایی آن مستلزم حجم قابل ملاحظه‌ای کار دستی است که خود موجب کاهش کارایی این متد می‌شود.

موانع پیش رو

در همین خصوص، گروه پروژه که مهندسان، دانشمندان و تکنیسین‌هایی از چند انستیتوی تحقیقاتی مختلف این مرکز را شامل می‌شود هم‌اکنون و با حداکثر سرعت برای خودکارسازی مراحل کار می‌کوشند. از این رو محققانی از بخش تحقیقات سلول‌درمانی و ایمنی‌شناسی روی توسعه اصول بنیادی زیست‌شناختی و درستی و اعتبار این دستگاه و بخش‌های فرعی آن کار می‌کنند و متخصصانی از بخش تحقیقات تولید صنعتی و خودکارسازی و همچنین بخش تحقیقات فناوری تولید مشغول توسعه، خودکارسازی و یکپارچه‌سازی مدل اولیه این دستگاه به یک سامانه کارکردی کامل هستند.

در عین حال سرپرست این پروژه بدیع و فناورانه که رشته‌های علمی مختلفی از جمله داروسازی، شیمی و پزشکی را چشم انتظار خروجی خود نگاه داشته، خاطر نشان می‌کند که بزرگ‌ترین چالش پیش روی آنها غلبه بر موانع موجود بوده است، چون هر رشته علمی مرتبط با این پروژه رویکرد بسیار متفاوت متعلق به خودش را داشته است، ضمن این که 4 مرکز تحقیقاتی که همسو با هم برای پیشبرد اهداف پروژه تلاش می‌کنند، هر کدام به‌تنهایی آگاهند که بدون توان ورودی، پیشرفت در این پروژه عملا ناممکن است.

با این اوصاف، آنچه که محققان مراکز مختلف تحقیقاتی در قالب غرفه‌ای جمعی در همایش بایو 2009 آتلانتا به نمایش گذاشتند، مدلی رایانه‌ای از سامانه کلی مهندسی خودکار بافت به انضمام 3 واحد پیش ساخته بنیادی از فرآیند تولید پوست صنعتی است که در این میان، واحد اول کار تدارک نمونه‌های بافت و جداسازی دو نوع سلول و واحد دوم کار تکثیر و رشد سلول‌ها را به انجام می‌رساند. مدل‌های آماده شده و محصول نهایی نیز در واحد سوم خط تولید ساخته و پرداخته شده و سرانجام توسط یک ربات بسته‌بندی می‌شوند. البته خود محققان هنوز و قبل از آن که این دستگاه پوست‌ساز نهایی شود، حجم قابل توجهی از کار توام با دقت و ظرافت بالا را پیش روی دارند و معتقدند در پروژه‌های چند رشته‌ای و بسیار دقیقی از این قبیل، تفاوت میان موفقیت و شکست اغلب به جزئیات کار مثل کیفیت قطعات پوست، دفعات و زمان‌های پردازش آنزیم‌ها و گرانروی (ویسکوزیته) مایع بستگی دارد. علاوه بر این موارد، کشت‌های سلولی باید در سرتاسر فرآیند تولید کارخانه‌ای تحت کنترل و نظارت مرتب باشد تا از این راه کنترل فرآیند بهینه مورد نظر تولیدکننده تامین شده و همچنین امکان ردیابی بموقع هر گونه ناخالصی و آلودگی قارچی یا باکتریایی فراهم شود.

هدف، تولید 5 هزار مدل پوست

با این اوصاف متولیان پروژه کارخانه پوست از اتمام آن طی 2 سال خبر می‌دهند و خاطرنشان می‌کنند که هدفشان تولید ماهانه 5000 مدل پوست با کیفیت کامل و بهایی معادل کمتر از 34 یورو برای هر واحد است که در نوع خود سطح کمی و کیفی پر کششی برای صنعت محسوب می‌شود. اما در این میان، شرکت‌های فعال در زمینه فناوری‌های شیمیایی، آرایشی، دارویی و پزشکی که ناگزیر از امتحان کردن واکنش متقابل پوست با محصولاتشان هستند، تنها کسانی نیستند که به موضوع مهندسی خودکار بافت علاقه پیدا کرده‌اند. به عنوان نمونه و در زمینه پزشکی جایگذاری و پیوند اعضا، جراحان به منظور جایگزین کردن بخش‌های از بین رفته پوست در جراحات ناشی از سوختگی که بخش زیادی از بدن را در بر می‌گیرد به بافت سالم و کافی احتیاج دارد. اما مدل‌های پوست 2 لایه‌ای که این سامانه جدید نامزد تولید آن می‌شود هنوز برای این مقصود مناسب نیست و مواردی نظیر نداشتن قابلیت عرضه خون و در نتیجه پس زده شدن توسط بدن پس از مدتی از جمله کاستی‌های آن به شمار می‌رود. البته گروه همکار این پروژه از قبل مشغول کار روی مدل پوست تمام عیاری هستند که حتی شامل عروق خونی نیز می‌شود و نوید آن را می‌دهد که به مجرد تکمیل، تولید محصول تمام خودکار بافت پیوندی نیز امکان‌پذیر شود. از همین رو این مرکز تحقیقاتی پیشرفته و آینده‌نگر با هدف ایجاد چرخش و تحولی بنیادی در فرآیند اعمال جراحی فراکاشتنی و پیوند اعضا، سامانه خط تولید خودکار بافت را به طریقی طراحی کرده‌اند که علاوه بر تامین استانداردهای بالای شیوه‌های تولید مطلوب (GMP) برای فرآورده‌‌های صنعتی مورد استفاده در حوزه پزشکی، حتی برای تولید پوست مصنوعی در قالب فرآورده‌‌های اعضای پیوندی نیز مناسب است.

مترجم: مهریار مهرنیا
منبع: sciencedaily