آشنایی با مفاهیم پایه در مهندسی بافت

طب پیوند

آسیب دیدن بافت ها و ارگان های بدن در اثر بیماری، جراحت و یا فرسودگی و پیری درطول تاریخ امری مبتلا به بوده است و انسان های زیادی در اثر این ضایعات جان خود را از دست داده و یا به سختی به حیات خود ادامه داده اند. بنابراین از دیرباز بشر با این دغدغه روبرو بوده است که چگونه می تواند طول عمر و نیز کیفیت زندگی خود را افزایش دهد.صرف نظر از تلاش های اولیه انسان های عصر قدیم، نخستین راهکار منطقی و موفق که برای رفع این نیاز مطرح شد، جایگزینی بافت ها و ارگان های آسیب دیده، با بافت ها و ارگان های زنده و سالم انسان و حیوانات مشابه با انسان (به لحاظ بیولوژیکی) بود. این ایده منجر به پدید آمدن شاخه ای جدید در پزشکی تحت عنوان «طب پیوند» شد. در واقع این دستاورد جدید در حوزه پزشکی، مرهون پیشرفت تکنیک های جراحی و روش های استریلیزاسیون در قرن نوزدهم بود. شکل زیر آخرین آمار نیازمندان امریکایی که در حال انتظار برای دریافت عضو هستند را نشان می دهد:

 

 

شکل 1) آخرین لیست انتظار ارگان در ایالات متحره امریکا بر اساس آمار ارائه شده توسط شبکه تأمین و پیوند ارگان (OPTN) در 20 ژانویه سال 2012 [1].

 

اگر چه با پیوند اعضاء، انسان های زیادی از مرگ حتمی نجات می یابند، اما این راهکار نیز با معزلاتی همراه است. دو محدودیت عمده طب پیوند عبارتند از:

1) در پیوندهای خودی (autologous) تنها در مورد بافت های محدودی از قبیل پوست و استخوان امکان برداشت از ناحیه ای از بدن شخص نیازمند و کاشت در ناحیه آسیب دیده وجود دارد و به علاوه، این رویکرد خود با از میان رفتن بافت در ناحیه ای دیگر همراه است و منوط به آن است که امکان ترمیم مجدد آن ناحیه وجود داشته باشد. در پیوندهای غیرخودی آلوگرافت (allogeneic) (انسان به انسان) نیز به دلیل تفاوت سیستم ایمنی در انسان های مختلف، دریافت پیوند با پاسخ ایمنی بدن و حتی پس زنی عضو اهدایی روبرو خواهد بود و لذا بایستی تمهیدات ویژه ای برای کنترل سیستم دفاعی اندیشیده شود. این معضل در پیوندهای غیرخودی زنوگرافت (xenogenic) (حیوان به انسان) حادتر خواهد بود، چرا که علاوه بر تفاوت بیشتر دو گونه از لحاظ بیولوژیکی، خطر انتقال ویروس از حیوان نیز وجود خواهد داشت. علاوه بر اینها، پیوند اعضاء نیازمند دو مرحله جراحی است؛ یکی برای برداشت بافت یا پیوند و دیگری برای کاشت آن. بنابراین افزون بر پیچیدگی عمل جراحی، هزینه درمان نیز بالا خواهد بود.

2) علاوه بر مشکلات تکنیکی و پزشکی فوق، معضل دیگر آن است که همواره تفاوت فاحشی میان تعداد نیازمندان به دریافت پیوند و اهدا کنندگان عضو وجود دارد و همه ساله تعداد زیادی در انتظار دریافت پیوند جان خود را از دست می دهند. نمودار زیر گواهی بر این مدعاست:

 

شکل 2) همواره تعداد نیازمندان بسیار بیشتر از اهداکنندگان است (داده ها از OPTN).

 

البته آمار ارائه شده فقط مربوط به ایالات متحده امریکا است و اگر فرض کنیم که نرخ وقوع و شیوع بیماری در سرتاسر دنیا با امریکا برابر است، تعداد نیازمندانی که می توان تخمین زد، حدود 20 برابر آمار ایالات متحده خواهد بود!

بنابراین در بهترین شرایط، حتی اگر پیوند موفقیت آمیز بوده و با پس زدن عضو همراه نباشد، طب پیوند نمی تواند پاسخگوی نیاز واقعی بشر باشد. پس جای این سؤال باقی است که چه باید کرد؟ آیا راهکار جایگزینی برای طب پیوند وجود دارد؟

الهام از طبیعت: جایگزینی برای طب پیوند

پاسخ به این سؤال، ذهن بشر را متوجه شاخه جدیدی از پزشکی کرد که امروزه آن را تحت عنوان «طب ترمیم» (regenerative medicine)  می شناسیم. در واقع بشر به این فکر افتاد که به جای آنکه بافت زنده را از موجودی زنده دریافت کرده و پیوند بزند، به سلول ها کمک کند تا خودشان به طور طبیعی به بازسازی بافت مورد نظر بپردازد. این بازسازی در آسیب های جزئی در بدن به طور طبیعی اتفاق می افتد. به عنوان مثال زخم های سطحی بدن به مرور زمان ترمیم می شوند که این امر از طریق ساخت بافت جدید توسط سلول های پوستی در منطقه آسیب دیده انجام می گیرد. این روند ترمیم ضایعات جزئی در دیگر بافت های بدن از قبیل بافت عصب نیز دیده می شود. بنابراین سلول ها تحت شرایط خاصی می توانند بافت بدن را از نو بسازند. جالب تر آن که برخی از سلول ها قادر هستند کلیه بافت ها و حتی اندام بدن را به طور کامل بسازند و این پدیده ای است که در فرایند تکوین یا همان روند شکل گیری جنین و سپس نوزاد در رحم مادر مشاهده می شود. در واقع نقطه آغاز شکل گیری بدن انسان، یک سلول واحد به نام سلول تخم (زایگوت) است که از تلفیق سلول اسپرم و سلول تخمک حاصل می شود. به عبارت دیگر یک سلول (سلول تخم) به تنهایی قادر است کل بدن انسان را با همه بافت ها و ارگان های پیچیده اش بسازد.

 

شکل 3) مثال های مهندسی بافت در طبیعت

 

مجموع این مشاهدات منجر به این فرضیه شد که با الهام از آنچه در طبیعت رخ می دهد و با شناخت شرایط مختلفی که سلول در بدن تجربه می کند و فراهم آوردن این شرایط توسط تکنیک های مهندسی و تمهیدات بیولوژیکی برای سلول قادر خواهیم بود سلول ها را به سمت ساخت بافت ها و یا حتی ارگان های مورد نظر خود هدایت کنیم. این سیاست می تواند در درون بدن، در ناحیه ای که بافت آسیب دیده است اجرا شود (رویکرد in vivo) و یا حتی می توان در محیط آزمایشگاهی و در خارج از بدن، شرایطی همانند آنچه سلول در داخل بدن تجربه می کند فراهم آورد و بافت ها و ارگان های زنده را در محیط آزمایشگاه ساخت (رویکرد in vitro). بر اساس این ایده، دانش جدیدی به نام «مهندسی بافت» شکل گرفت که تعریف دقیق و علمی آن نخستین بار توسط دو تن از محققان پیشگام در این عرصه، پروفسور لنگر (استاد مهندسی شیمی MIT) و دکتر وکنتی (جراح Harvard)، در سال 1993 در مقاله ای که تحت عنوان "مهندسی بافت" در ژورنال بسیار معتبر Science چاپ شد ارائه شد. آنها مهندسی بافت را به این صورت تعریف کردند:

"مهندسی بافت یک رشته چند تخصصی است که اصول مهندسی و علوم زیستی را به خدمت می گیرد تا جایگزین هایی زیستی تهیه کند که می توانند عملکرد یک بافت یا کل یک ارگان را به حالت اول بازگردانده، حفظ کرده و یا بهبود بخشند [1]."

در واقع متخصصان علوم زیستی، از قبیل پزشکان، جراحان و بیولوژیست ها، با درک صحیح از مختصات محیطی که سلول ها در بدن با آن مواجه هستند و عوامل متعددی که در تنظیم رفتارهای مختلف سلولی (از قبیل تکثیر، مهاجرت و تمایز) مؤثرند می توانند با همکاری متخصصان رشته های مهندسی (بخصوص مهندسی مواد)، شرایط مناسب را برای سلول ها فراهم آورند تا سلول ها بتوانند بافت یا ارگان مشخصی را بسازند.

 

[1] http://www.optn.transplant.hrsa.gov

 

نویسنده: محمد حسین قانیان- دانشجوی دکتری مهندسی پلیمر 

 


نظر دادن

تماس

آدرس : بزرگراه رسالت- خیابان بنی هاشم- کوچه حافظ- پژوهشکده سلول های بنیادی
تلفن: 23562255(021)
ایمیل: eng.royan@gmail.com