تعقیب لحظه به لحظه سرطان در مویرگ‌ها

شما در رشته مهندسی مکانیک درس خوانده‌اید. چطور شد که در ادامه مسیر، بیوتکنولوژی و مهندسی پزشکی را انتخاب کردید؟

مقطع کارشناسی را در رشته مهندسی مکانیک گرایش ساخت و تولید دانشگاه صنعتی اصفهان گذراندم. از آنجا که به سیستم‌های میکروالکترومکانیکی علاقه زیادی داشتم تصمیم گرفتم در مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکاترونیک ادامه تحصیل دهم و پس از فارغ‌التحصیل شدن از دانشگاه صنعتی اصفهان، این رشته را در دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه دادم. آن زمان در دانشگاه صنعتی امیرکبیر در زمینه سیستم‌های الکترومکانیکی (MEMS) تحقیقاتی انجام می‌شد که البته ابتدای راه بود. در سیستم‌های الکترومکانیک چیپ یا سازه در ابعاد میکرونی کوچک شده است. البته تحقیقاتی که آن زمان در حوزه سیستم‌های الکترومکانیکی انجام می‌شد بسیار محدود بود و فقط در دانشگاه امیرکبیر درباره میکروعملگرها تحقیقاتی انجام شده بود. من از ابتدا به دنبال طرح‌هایی برای ساخت دستگاه نمونه‌سازی سریع بودم و این موضوع را برای پروژه مقطع فوق‌لیسانس انتخاب کردم. هدفم این بود که از این دستگاه برای ساخت میکروسازه‌ها استفاده شود. بعد از به دست آوردن اطلاعات بیشتر در این زمینه تصمیم گرفتم در زمینه ساخت و تولید سیستم‌های میکروالکترومکانیکی تحقیق کنم که آن زمان امکانات و شرایط لازم برای این کار در ایران وجود نداشت؛ بنابراین برای ادامه تحصیل به خارج از کشور سفر کردم. با توجه به محدودیت‌هایی که در این زمینه تخصصی برای ایرانی‌ها در کشورهایی مانند آمریکا وجود داشت، برای ادامه تحصیل به کشور کانادا رفتم که در مقایسه از شرایط مناسب‌تری برخوردار بود. آنجا از همان ابتدا در بخش زیست‌شناسی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی وارد شدم. در این حوزه زیست‌شناسی وارد سیستم‌های میکروالکترومکانیکی می‌شود. از همان ابتدا یک طرح تحقیقاتی در این حوزه تعریف شده بود. از آنجا که بتدریج وارد مباحث زیست‌شناسی شدم، در زمینه سلول‌های گیاهی تحقیقاتی انجام دادم.

از نتایج به دست آمده از این تحقیقات در چه زمینه‌ای می‌توان استفاده کرد؟

سال‌های سال، پرسش‌ها و معماهایی اساسی درباره تک‌سلولی‌ها ذهن زیست‌شناسان را به خود مشغول کرده بود. امکان ایجاد شرایطی مشابه شرایط گیاه در فضایی خارج از ساختار گیاه وجود نداشت و پاسخ به این سوال‌ها بسیار پیچیده بود، اما میکرو سیال شرایط لازم برای این کار را فراهم می‌کند و می‌توان با استفاده از این فناوری، سلول‌ها را به صورت تک‌سلولی مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار داد. خیلی از سوالات زیست‌شناسی را که به بیومکانیک سلولی مربوط بوده توانسته‌ایم با این روش پاسخ دهیم که مورد توجه بسیاری از زیست‌شناسان گیاهی در سراسر دنیا قرار گرفته است. علاوه بر این می‌توان از این میکروسیال‌ها برای شناسایی پاتوژن‌های گیاهی و تشخیص آن در محل کشت و برداشت گیاه استفاده کرد. بنابراین دیگر نیازی نیست گیاه را به آزمایشگاه انتقال دهیم تا پاتوژن گیاهی را شناسایی کنیم. به این ترتیب شناسایی همزمان چند پاتوژن در محل کشت امکان‌پذیر خواهد بود که دستاورد مهمی در حوزه کشاورزی است. بعد از آشنایی با موضوعات تحقیقاتی در حوزه حیوانی در دوره پسا دکتری تصمیم گرفتم درباره تک‌سلولی‌های سرطانی تحقیق کنم تا بتوان با استفاده از روشی سلول‌های سرطانی دوار و در حال گردش در جریان خون را شناسایی و از آن برای درمان بیماری‌های سرطانی استفاده کرد. پیش از این‌که توده سرطانی یا تومور تشکیل شود این سلول‌ها در جریان خون وجود دارند. به عبارت دیگر این سلول‌ها در بدن افراد سالم هم وجود دارند و اگر سیستم ایمنی بدن ضعیف شود ممکن است این سلول‌های در حال گردش داخل جریان خون از دیواره مویرگ‌ها عبور کرده و در یکی از اندام‌های بدن توده‌های سرطانی ایجادکنند و در نتیجه سرطان بسرعت در بدن رشد کند. قبل از این که این سلول‌ها به توده‌های سرطانی تبدیل شوند می‌توان آنها را در جریان خون شناسایی کرد و از روی تعداد و نوع آنها و پروتئین‌هایی که ترشح می‌کنند تشخیص داد چه نوع سرطانی در بدن ایجاد می‌کنند و بیماری در چه مرحله‌ای است. در حقیقت این فناوری روش سریعی برای تشخیص سرطان ارائه می‌کند.

به این ترتیب می‌توان به درمان سرطان امیدوار بود؟

بله در حقیقت این روش به پزشک کمک می‌کند بهترین درمان را برای بیمار مبتلا به سرطان انتخاب کند. پزشک تشخیص می‌دهد آیا لازم است پیش از بروز نشانه‌های اولیه بیماری از شیمی‌درمانی برای جلوگیری از پیشرفت بیماری استفاده کرد یا این‌که می‌توان به جای شیمی‌درمانی از روش‌های ساده‌تر و با تجویز دارو از پیشرفت بیماری جلوگیری کرد. پزشک براساس نتایج به دست آمده از این روش، شدت شیمی‌درمانی و میزان تاثیرگذاری آن روی بیمار را مشخص می‌کند. با شمارش تعداد این سلول‌ها در جریان خون و بدون نیاز به نمونه‌برداری از محل تومور می‌توان تشخیص داد آیا واقعا شیمی‌درمانی در روند درمان تاثیرگذار بوده است یا خیر و بر این اساس تعداد جلسات شیمی‌درمانی مورد نیاز برای درمان بیمار تعیین می‌شود. این کمک خیلی خوبی برای تصمیم‌گیری از سوی پزشکان است. پزشک براساس این یافته‌ها تصمیم می‌گیرد برای فرد مبتلا به سرطان یا فردی که در معرض ابتلا به سرطان است از چه روش درمانی استفاده کند یا این‌که بیمار به تجویز دارو نیاز دارد یا خیر. ابزار بسیار مهمی در دسترس پزشکان است که اکنون در بعضی مراکز درمانی در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه هنوز تائید نهایی آن را نگرفته‌ایم، اما این دستگاه به‌عنوان یک ابزار کارآمد برای تشخیص سرطان مورد استقبال بسیاری از پزشکان قرار گرفته است.

چطور شد با دانشگاه هاروارد در یک طرح تحقیقاتی مشارکت کردید؟

من وقتی وارد این فضا شدم علاقه‌مند بودم در حوزه‌های جدیدی تحقیق کنم. یکی از جدیدترین مباحث مطرح در حوزه میکروسیال‌ها که بحث روز دنیاست اندام روی تراشه است که درواقع پیشرفته‌ترین و پیچیده‌ترین سیستم‌های میکروسیال را در خود دارد و مجموعه‌ای از دانشی که در زمینه میکروسیال و حسگرها وجود دارد در آن یافت می‌شود. زمانی که من در مک‌گیل کانادا در یک طرح تحقیقاتی همکاری داشتم متوجه شدم دو نفر از دانشجویان در پروژه‌ای زیر نظر دکتر خادم حسینی در دانشگاه هاروارد کار می‌کنند. من با دکتر خادم حسینی در تماس بودم و ایشان وقتی دیدند من به حوزه میکروسیال‌ها علاقه‌مند هستم موافقت خود را از پیوستن به آزمایشگاهی که این طرح در آنجا انجام می‌شد، اعلام کردند.

سیستم‌های اندام روی تراشه طی سال‌های اخیر در مسیر توسعه و پیشرفت بوده است. این سیستم‌ها دو کاربرد اصلی دارد. می‌توان از این سیستم برای آزمایش و کشف داروها استفاده کرد. علاوه بر این، سیستم‌های اندام بر تراشه برای مدل‌سازی بیماری‌های بدن هم کاربرد دارد. با هدف کشف دارو و بررسی اثر داروها روی اندام‌های مختلف بدن شروع شده و به سمت مدل‌سازی بیماری‌های بدن مانند آلزایمر، سرطان و بیماری‌های کلیوی و ریوی پیش می‌رود. دکتر خادم حسینی، اجرای بخشی از این طرح تحقیقاتی را به عهده دارد. در این بخش بیشتر روی اندام‌هایی از بدن کار می‌شود که قرار است به هم متصل شوند و این کار با هدف تست داروها روی بدن انجام می‌شود. آزمایشگاه دکتر خادم حسینی در دانشگاه هاروارد یکی از آزمایشگاه‌هایی است که بیشتر در این زمینه کار کرده است. اکنون گروه‌های دیگری از دانشگاه‌های دیگر در اجرای این طرح تحقیقاتی بزرگ همکاری دارند که قصد دارند کاربردهای دیگری از سیستم‌های اندام روی تراشه مانند مدل سازی بیماری‌ها را مورد بررسی قرار دهند.

در صحبت‌هایتان به تراشه اشاره کردید. منظور از این تراشه چیست؟

منظور از تراشه همان سیستم اصلی میکروسیال است. درواقع این تراشه محیطی مشابه سلول‌ها در بدن است. سلول‌ها روی تراشه کشت داده می‌شوند. در حقیقت تراشه یک آزمایشگاه کوچک مجهز به حسگرهای مختلف است که می‌تواند شرایط داخل میکروسیال را تست کند که آیا شرایط مناسب برای رشد، سطح اکسیژن،PH و پارامترهای مختلف مورد نیاز برای رشد سلول را دارد یا خیر. از طرف دیگر، وقتی در میکروسیال پروتئین ترشح شده از سلول‌ها کشت داده می‌شود، می‌توان بررسی کرد آیا این پروتئین‌ها و متابولیسم سلولی از عملکردی مشابه آنچه در اندام خاصی اتفاق می‌افتد برخوردار است یا این‌که رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهد.

شما در زمینه درمان و تشخیص بیماری‌های سرطانی تحقیقاتی انجام داده‌اید. آیا الگوی سرطان در کشور ما در مقایسه با دیگر کشورها از تفاوت محسوسی برخوردار است؟

تا جایی که من اطلاع دارم، آمار ابتلا به سرطان در ایران در مقایسه با کشورهای پیشرفته کمتر است. در حقیقت در کشورهای جهان سوم آمار ابتلا به سرطان کمتر است، اما آمار مرگ و میر ناشی از سرطان در ایران با کشورهای پیشرفته برابری می‌کند. چراکه در کشورهای پیشرفته سرطان زودتر تشخیص داده می‌شود، اما در کشورهای جهان سوم این بیماری در مراحل پیشرفته شناسایی می‌شود. مشکل اصلی ما شناسایی بیماری‌های سرطانی پیش از رسیدن به مراحل پیشرفته است. به طور کلی سرطان سینه، ریه و روده در مقایسه با دیگر بیماری‌های سرطانی از نظر آمار مبتلایان در صدر قرار دارد که این وضعیت تقریبا در همه کشورها مشابه است و تنها تفاوت محسوس، مرگ و میر ناشی از سرطان است. در کشور ما امکان تشخیص بیماری در مراحل اولیه وجود ندارد، در سطح دنیا مراکزی هستند که با استفاده از دستگاه‌های پیشرفته‌ای می‌توانند حتی در افراد سالم هم که نشانه‌ای از بیماری‌های سرطانی دیده نمی‌شود، سرطان را در مراحل اولیه تشخیص دهند. برای مثال ممکن است در بدن همه ما تعدادی سلول سرطانی وجود داشته باشد که وقتی سیستم دفاعی بدن به هر علتی ضعیف می‌شود، نشانه‌های بیماری آشکار می‌شود.

به طور کلی چه عواملی زمینه‌ساز شیوع بیماری‌های سرطانی است؟

بررسی‌های آماری نشان می‌دهد سیگار و دخانیات در ابتلا به سرطان بخصوص در کشورهای پیشرفته اصلی‌ترین عامل به شمار می‌آید، اما برنامه غذایی نامناسب و به عبارتی کاهش مصرف میوه و سبزیجات در برنامه غذایی روزانه و کم‌تحرکی از دیگر عواملی است که در ابتلا به سرطان نقش مهمی دارد. اگرچه کشور ما از نظر دخانیات آسیب‌پذیری کمتری دارد، اما کم‌تحرکی و رژیم نامناسب غذایی بیشترین آسیب را می‌رساند. در سطح دنیا این سه عامل از تاثیرگذارترین عوامل ابتلا به بیماری‌های سرطانی هستند، اما هر کشور متناسب با شرایطی که دارد از نظر آسیب‌پذیری متفاوت است.

چرا تصمیم گرفتید برای ادامه تحصیل به خارج از کشور سفر کنید؟

پس از پایان پروژه تحقیقاتی که با دانشگاه هاروارد انجام دادم و تا چند ماه دیگر این پروژه به پایان می‌رسد، به‌عنوان استاد دانشگاه کلگری در این دانشگاه فعالیت خودم را شروع می‌کنم. قصد دارم در این دانشگاه یک آزمایشگاه تحقیقاتی راه‌اندازی کنم. من علاقه داشتم در زمینه سیستم‌های میکروالکترومکانیکی کار کنم و به موضوعات تحقیقاتی در زمینه مکانیک کلاسیک علاقه زیادی نداشتم. در کشور ما امکاناتی برای تحقیق در زمینه سیستم‌های میکروالکترومکانیکی وجود نداشت. بنابراین تصمیم گرفتم در مقطع دکتری و فوق‌دکتری در خارج از کشور تحصیل کنم. اکنون که تحصیلاتم به پایان رسیده قصد داشتم به ایران بازگردم، اما با چند دانشگاه صحبت کردم. با توجه به مشکلاتی که وجود دارد به این نتیجه رسیدم که بهتر است با کشورهای دیگر و دانشجویان و استادان ایرانی که در دیگر کشورها هستند در حوزه بیوتکنولوژی تحقیقاتی انجام دهم. بنابراین در مجموع می‌توانم بگویم فعلا قصد ندارم به ایران بازگردم و قرار است در قالب پروژه‌های تحقیقاتی با دانشگاه‌ها و دانشجویان ایرانی همکاری‌هایی داشته باشم.

در بین ایرانی‌ها این تفکر رایج است که در دانشگاه‌هایی مانند هاروارد یا آکسفورد، جهان سومی‌ها جایگاهی ندارند. آیا واقعا همین‌طور است؟

خیر، اصلا این‌طور نیست. بسیاری از استادان این دانشگاه‌ها علاقه‌مند هستند با دانشجویان ایرانی کار کنند، چون باور دارند دانشجویان ایرانی بسختی درس خوانده‌اند و پایه‌های علمی قوی‌ای دارند. بنابراین وقتی در دانشگاه‌های خارج از کشور ادامه تحصیل می‌دهند، معمولا درس‌های پیش‌نیاز را لازم نیست بگذرانند و خیلی راحت خود را با سیستم‌های آموزشی این دانشگاه‌ها تطبیق می‌دهند.

من در هاروارد استادی را نمی‌شناسم که با دانشجوی ایرانی میانه خوبی نداشته باشد. مشکلی که بخصوص در حوزه زیست‌فناوری وجود دارد این است که دانشجویانی که از ایران می‌روند چون حداقل در بخش مهندسی، تحقیقاتی در حوزه‌ زیست‌شناسی انجام نمی‌دهند با آنچه در دنیا وجود دارد، فاصله زیادی دارند. در ایران بحث مهندسی کلاسیک مطرح است، بنابراین چند سالی طول می‌کشد تا دانشجوی علاقه‌مند به زیست‌شناسی بتواند خود را با شرایط دانشگاهی مثل هاروارد که اساس کارش زیست‌شناسی است، تطبیق دهد. پزشکان این دانشگاه بیشتر در زمینه مهندسی پزشکی تحقیق می‌کنند. من اکنون در دانشگاه هاروارد در مقطع پسادکتری استادان و دانشجویانی را می‌شناسم که از برترین‌ها هستند و در یک بازه زمانی کوتاه‌تری در مقایسه با دانشجویان آمریکایی یا دانشجویان دیگر کشورها این مسیر را طی کرده و به نوآوری دست یافته‌اند. دانشجویان ایرانی پتانسیل بالایی دارند و وقتی در حوزه‌ جدیدی قدم می‌گذارند در مدت زمان کوتاهی به نوآوری و خلاقیت دست پیدا می‌کنند. افرادی هستند که سال‌ها قبل و از مقطع کارشناسی در زمینه مباحث روز دنیا تحقیق می‌کنند.

وقتی می‌خواستید وارد دانشگاه شوید با چه مشکلاتی روبه‌رو بودید؟

من در دانشگاه‌های مختلف برای دانشجویان صحبت می‌کنم. یکی از توصیه‌های من به دانشجویان برای ورود به دانشگاه‌های مطرح دنیا این است که به استادان دانشگاه توصیه کنند درس زیست‌شناسی به‌عنوان یکی از واحدهای درسی دانشگاهی در نظر گرفته شود. مثلا بهتر است در رشته مهندسی مکانیک، درس بیومکانیک در مقطع کارشناسی اضافه شود. داشتن اطلاعاتی درباره فیزیولوژی بدن انسان، یافته‌های بیوتکنولوژی یا درس‌هایی که به دانشجو یک دید کلی در این زمینه می‌دهد، نقش مهمی در آگاهی دانشجویان از وضع دنیا دارد.

کسی که به‌عنوان یک محقق برتر در دانشگاه هاروارد معرفی می‌شود، الزاما باید باهوش باشد یا این که پشتکار رمز موفقیت اوست؟

اگر بخواهم موفقیت‌هایم را ریشه‌یابی کنم، اعتراف می‌کنم سختکوشی عامل اصلی موفقیت من بوده است، اما عامل اصلی مهم دیگر در پیمودن این مسیر، همکاری و پیوند ایجاد شده بین رشته‌های مهندسی، پزشکی و زیست‌شناسی است. این همکاری شرایطی فراهم کرد که موجب شد با یک زیست‌شناس کارآمد و بسیار مسلط آشنا شوم. به این ترتیب، دانش این فرد در کنار خلاقیت من در حوزه مهندسی ترکیب و در نهایت به اینجا رسید. اگر استادان مهندسی دانشگاه‌های ایران تصمیم بگیرند با استادهای دانشگاه‌های پزشکی کار تحقیقاتی جدی انجام دهند و بحث این نباشد که این کار در چه دانشگاهی انجام شود، بدون تردید منافع آن شامل همه خواهد شد. چنین حرکتی در ایران راه‌اندازی نشده است. پیشرفت در حوزه بیوتکنولوژی مستلزم همکاری مهندسان، پزشکان و زیست‌شناسان است. اگر این شرایط محقق نمی‌شد، من نمی‌توانستم در دانشگاه هاروارد کار تحقیقاتی انجام دهم. در هاروارد جراح، مهندس، زیست‌شناس کنار هم کار می‌کنند بدون این که مطرح باشد کدام یک زیرمجموعه دیگری است و هر کس خلاقیت خودش را وارد سیستم می‌کند. کاری که در ایران عملی نشده است. شاید بهتر باشد برای رسیدن به این هدف، مراکزی راه‌اندازی شود. فکر می‌کنم این تنها راه رسیدن به هدف است.

هدف بعدی شما چیست؟ آیا فکر می‌کنید روزی برنده جایزه نوبل شوید؟!

در حقیقت هیچ گاه به دنبال این فضاها نبوده‌ام. هدفم این است که به پیشرفت فناوری در ایران کمک کنم، حتی اگر در این فناوری اسمی از من برده نشود. من از استادان می‌خواهم دانش‌آموزان را از مقطع دبیرستان با موضوعات روز دنیا آشنا کنند تا دید خوبی درباره ادامه تحصیل داشته باشند. چنین فضایی برای من وجود نداشت. برای مثال من اصلا با زیست‌شناسی آشنا نبودم، اما در ادامه تحصیل این مسیر را انتخاب کردم. آشنایی با زیست‌شناسی در رسیدن به این هدف برای من نقش مهمی داشته. هدف من این است که از تجربیات خودم چه در سطح جهانی و چه در سطح ایران برای پیشرفت جوانان کمک بگیرم.

اگر قرار باشد برای جوانان ایرانی سرمشقی بنویسید، این سرمشق چیست؟

جوانان ایرانی باید بدانند انجام هر کاری شدنی است. اگرچه در ایران با محدودیت‌هایی مواجه هستند، اما می‌توانند با تلاش این محدودیت‌ها را از میان بردارند. ایرانی‌ها ثابت کرده‌اند می‌توانند با تلاش در یک بازه زمانی کوتاه به موفقیت‌های بزرگی دست پیدا کنند. من دیگران را سرمشق خودم قرار داده بودم.

حیوانات آزمایشگاهی بازنشسته می‌شوند

اساسا عملکرد سیستم‌های اندام روی تراشه یا اندام‌های مجازی، مبتنی بر ترکیبی از روش‌های مهندسی بافت و میکروسیال است، چون میکروسیال می‌تواند شرایطی ایجاد کند که ابعاد آن به اندام مورد نظر در بدن شبیه باشد. مهندسی بافت با کارهای سلولی مربوط به رشد سلول‌ها و قرار گرفتن سلول‌های مختلف کنار هم سر و کار دارد. از ترکیب این دو فناوری می‌توان در زمینه سیستم‌های اندام روی تراشه استفاده کرد تا رفتاری مشابه آنچه در بخش‌های مختلف بدن است، ایجاد شود.

اندام‌های مجازی تقریبا از هفت سال پیش مطرح شده و مورد توجه قرار گرفته است و روی اندام‌هایی مانند شش، کبد، قلب، روده و رگ‌های عصبی و با هدف اصلی تست داروها اجرایی شد که اکنون برای مدل‌سازی بیماری‌های پوستی اعصاب مغز و کلیه توسعه داده شده است. از طرف دیگر بحث جدیدی که در این حوزه مطرح شده متصل کردن اندام‌های مختلف است تا به این ترتیب تاثیر دارو روی اندام و تاثیر جانبی آن بر اندام‌های دیگر مورد بررسی قرار گیرد. در این مرحله از این طرح تحقیقاتی، محققان چند اندام را به هم متصل می‌کردند تا تاثیر جانبی دارو روی اندام‌های دیگر را مورد بررسی قرار دهند. بعد از آن مبحث جدیدی به نام انسان روی سازه مطرح شد که ترکیبی از ارگان‌های مختلف بر یک تراشه است. چند دانشگاه در این زمینه فعالیت می‌کنند که البته کار بسیار سنگینی است. در این طرح اندام‌های مختلف ابتدا مدل‌سازی می‌شوند و بعد کنار هم قرار می‌گیرند. داروهایی که از طریق پوست یا دهان جذب می‌شود می‌تواند از دیواره رگ‌ها عبور کند و وارد جریان خون ‌شود. این که این دارو چگونه از طریق جریان خون روی اندام‌های دیگر بدن اثر می‌گذارد موضوعی است که می‌توان از طریق مدل‌سازی بیماری‌های مختلف به اطلاعاتی درباره آن دست یافت. بنابراین انتظار می‌رود در آینده‌ای نزدیک و تا چند سال آینده بتوان با اتصال سیستم‌های اندام روی تراشه تست داروهای مختلف در بدن را به گونه‌ای انجام داد که دیگر نیاز نباشد این تست‌ها را روی حیوانات آزمایشگاهی انجام دهیم یا مجبور شویم تست‌های انسانی داشته باشیم.

فرانک فراهانی‌جم ‌/‌ گروه دانش