شبیه‌سازی اندام انسانی روی ریزتراشه‌ها

هدف اصلی‌ای که در پس ارائه این فناوری نوین قرار داشته چه چیزی بوده است؟

هم اکنون شمار قابل توجهی از مردم جهان از ناراحتی‌های ریوی رنج می‌برند. این ناراحتی‌ها عمدتا به واسطه توسعه شهرنشینی و افزایش غلظت آلاینده‌های کربنی در هوای اطراف زمین است. از آنجاکه این دستگاه جدید دقیقا مشابه ریه عمل می‌کند می‌توان از آن برای بررسی دقیق اثرگذاری ذرات آلاینده و سمی موجود در هوای تنفسی بر ساختار ریه و همچنین میزان تأثیرگذاری و اثربخشی داروهای مختلف استفاده کرد.

بله. داروهایی که برای بهبود عملکرد ریه تولید می‌شود معمولا چرخه بسیار طولانی را طی می‌کنند تا با دریافت تأییدیه‌های لازم وارد بازار شوند. در حال حاضر عمده آزمایشات ابتدا روی نمونه‌های حیوانی و سپس انسانی انجام می‌شود که این فرآیند طولانی مدت و البته هزینه‌بر است. اما با استفاده از این فناوری نوین می‌توان مستقیما تأثیر داروهای جدید تولید شده برای بهبود عملکرد ریه و ساختار آن را مورد آزمایش دقیق قرار داد. شاید همین نکته برای بیان اهمیت این فناوری نوین در به کارگیری در صنعت داروسازی کافی باشد که هزینه کلی آزمایش یک دارو تا رسیدن به مرحله تولید تجاری حدود 2 میلیون دلار است اما با تکیه بر این دستگاه جدید این هزینه به مراتب کاهش پیدا می‌کند.

دقیقا همین گونه بوده است. در گذشته دانش لازم برای ارائه چنین فناوری‌هایی در اختیار دانشمندان نبوده است اما اکنون و با‌توجه به دستیابی محققان به دانش لازم برای طراحی و ساخت ریه روی ریزتراشه می‌توان امیدوار بود که در آینده‌ای نه چندان دور انبوه دیگری از فناوری‌های مشابه برای سایر قسمت‌های بدن نیز ارائه شده و به تدریج موضوع استفاده از حیوانات آزمایشگاهی به تاریخ می‌پیوندد. استفاده از حیوانات آزمایشگاهی تاریخچه‌ای بسیار طولانی در علوم پزشکی و زیستی دارد اما استفاده از آنها برای رسیدن به نتایج قطعی همواره زمان بر و پرهزینه بوده است.
با ورود فناوری‌هایی نظیر ریه روی ریزتراشه نه تنها هزینه کاهش چشمگیری خواهد داشت بلکه نتایج مورد نظر بسیار سریعتر به دست می‌آیند.

تا پیش از این ریز سیستم‌هایی که با تکیه بر بافت‌های مهندسی شده ارائه شده‌اند از بعد مکانیکی یا بیولوژیکی با محدودیت‌های زیادی همراه بوده‌اند. باید پذیرفت تا وقتی که به سراغ سلول‌های زنده و بافت‌ها و اندام‌های متشکل از آنها نرویم نمی‌توانیم به درک درست و جامعی از چگونگی فرآیندها در دنیای زیستی درون انسان‌ها برسیم. در گذشته تلاش‌های زیادی در این خصوص انجام شده که یا با محدودیت‌هایی از این دست همراه بوده و یا ابعاد پروژه بسیار وسیع‌تر از آن بوده و در نتیجه امکان استفاده کاربردی از آنها وجود نداشته‌اند. اما پروژه اخیر در عین حال که کارایی‌های خاص خود را دارد به واسطه ابعاد بسیار کم مورد توجه محققان قرار گرفته است.

ساختار و نحوه عملکرد این مجموعه دقیقا مشابه آن چیزی است که در بدن انسان دیده می‌شود. با هر بار تنفس هوا وارد شش‌ها شده و کیسه‌های کوچک میکروکوپیکی پر از آن می‌شود. در این میان اکسیژن که برای ادامه حیات انسان فاکتوری کلیدی است از طریق غشای بسیار باریک، انعطاف‌پذیر و نفوذپذیری متشکل از سلول‌های ریه عبور کرده و وارد جریان خون می‌شود. در حقیقت می‌توان این لایه را بخش همه کاره ریه عنوان کرد، جایی که نه تنها انتقال اکسیژن به خون انجام می‌شود بلکه ورود هر گونه عامل خطرناک نظیر باکتری‌ها و ترکیبات سمی را تشخیص داده و بلافاصله موجب فعال شدن سیستم ایمنی بدن می‌شود. در این دستگاه جدید نیز ساختاری مشابه به کار گرفته شده است. در حقیقت ما تلاش کرده‌ایم با استفاده از استراتژی نوینی در زمینه فناوری ریزساختارها از نوعی مواد قابل ارتجاع لاستیک مانند استفاده کنیم تا ساختاری کاملا مشابه با ریه انسان ارائه نماییم.

هنوز هیچ چیز معلوم نیست و نمی‌توان با قاطعیت درباره آن صحبت کرد اما در میان ابهامات زیادی که وجود دارد برخی نکات ریز اما روشن ما را به ادامه کار امیدوار می‌سازد. دانش مهندسی بافت شتاب خیره کننده‌ای به خود گرفته است و از این رو درصورتی هم که در راه توسعه این فناوری به مشکلاتی بر بخوریم می‌توانیم موانع به وجود آمده را به تدریج برطرف نماییم. شاید یکی دیگر از مزایای اصلی این فناوری نوین کاسته شدن استفاده از حیوانات آزمایشگاهی برای بررسی اثرگذاری داروها باشد که این خود نیز در نوع خود قابل توجه است.

بله. در ماه‌های گذشته و با توجه به موفقیت‌های اولیه‌ای که درخصوص پروژه ریه روی ریزتراشه به دست آورده‌ایم به سراغ عملی ساختن ایده‌هایی نظیر روده روی ریزتراشه، مغز استخوان روی ریزتراشه و حتی تومورهای سرطانی روی ریزتراشه‌ها رفته‌ایم. از آن گذشته در تلاش هستیم تا مجموعه تلفیقی از این فناوری‌ها را هم روی تک ریزتراشه‌ها ارائه کنیم.

مهدی پیرگزی