در سال ۱۹۸۰ درهای حیطه‌ای از علم بر بشریت گشوده شد که مرزهای پزشکی را جابجا کرد. مهندسی بافت امیدها را برای درمان بسیاری از بیماری‌هایی که بشر آن‌ها را لاعلاج می‌خواند، زنده کرد. مهندسی بافت در دنیای امروزه به قدری ارزشمند است که تمامی کشورهای پرچمدار علم و تکنولوژی، زمان و هزینه‌های بسیاری را صرف تحقیقات و اختراعات در این زمینه می‌کنند. در این مقاله از تریتا قصد داریم تا شما را با دنیای شیرین و جذاب مهندسی بافت آشنا کنیم و به طور مفصل پاسخ دهیم که مهندسی بافت چیست؟
مهندسی بافت چیست؟
مهندسی بافت زیرشاخه‌ای از ساختارهای بیومتریالی است که به ادغام داربست‌ها، سلول‌ها و مولکول‌های فعال زیستی در یک بافت عملکردی می‌پردازد. هدف مهندسی بافت به کارگیری و استفاده از ساختارهایی کاربردی است که باعث ترمیم، نگهداری، یا بهبود بافت آسیب دیده یا یک ارگان کامل شود. پوست و غضروف مصنوعی مثالی از مهندسی بافت هستند که توسط سازمان FDA تائید شده اند، در هر حال امروزه نیز استفاده این بافت‌های مصنوعی در نمونه‌های انسانی محدود است.
نحوه کار مهندسی بافت چیست؟
سلول‌ها سنگ بنای بافت‌ها هستند، و بافت‌ها واحد‌های پایه ای کاربردی در بدن می‌باشند. به طور کلی، گروهی از سلول‌ها در کنار یکدیگر ساختار محافظت کننده و حائل خود را ترشح کرده و می‌سازند، که به این ساختار ماتریس خارج سلولی یا ECM می‌گویند. این ماتریس، یا داربست، صرفا یک حائل و محافظت کننده برای سلول‌ها نیست، و جایگاهی برای قرارگیری مولکول‌های سیگنالی مختلف نیز می‌باشد. بنابراین، سلول‌ها پیام‌ها را از منابع متعددی که توسط محیط اطراف به وجود آمده اند، دریافت می‌کنند. هر سیگنال می‌تواند شروع کننده زنجیره‌ای از جواب‌ها باشد که نشان می‌دهد چه اتفاقی برای سلول افتاده است. با درک اینکه سلول‌های شخصی چگونه به سیگنال‌های مختلف پاسخ می‌دهند، با محیط اطراف می‌کنند، و در بافت‌ها و ارگان‌ها سازمان می‌یابند، محققان توانسته‌اند این فرآیند‌ها را برای اصلاح بافت‌های آسیب دیده یا حتی ایجاد بافت‌های جدید به کار گیرند.
این فرآیند معمولا با ساخت داربست‌ها از منابع متعدد در دسترس و ممکن، از پروتئین‌ها گرفته تا پلاستیک‌ها شروع می‌شود. زمانی که داربست ساخته شد، سلول‌ها می‌توانند با قرارگیری فاکتور رشد یا بدون آن به محیط وارد شده و رشد کنند. اگر محیط درست و سالم باشد، یک بافت ساخته می‌شود. در بعضی از موارد، سلول‌ها، داربست‌ها و فاکتور‌های رشد همگی در ابتدا با هم ترکیب می‌شوند و شرایطی را برای بافت بوجود می‌آورد که بتواند خود را بازسازی کند.
روش دیگر برای ساخت یک بافت جدید، استفاده از یک داربست است که از خود بافت های بدن به دست می‌آید. برای به دست آوردن چنین داربستی، ابتدا سلول‌های موجود در ارگان مدنظر را از ارگان خارج می‌کنند و از داربست کلاژنی باقیمانده از این فرآیند برای رشد سلول‌های جدید استفاده می‌کنند. از این روش برای زیست مهندسی قلب، کبد، شش، و بافت کلیوی استفاده می‌شود. این روش نویدبخش استفاده از داربست‌های موجود در بافت انسانی است که با عمل جراحی از بدن خارج می‌شود و با سلول‌های خود بیمار برای ایجاد اندام‌های سفارشی استفاده شود. تلاش بر این است که این مواد توسط سیستم ایمنی بیمار رد نشود. این مسیر می‌تواند راه‌های بسیاری را برای درمان بیماری‌هایی که تا به حال توان درمان آن را نداشتیم، برای ما بگشاید.
جایگاه فعلی مهندسی بافت چیست؟
امروزه، مهنسی بافت نقش نسبتا کوچکی را در درمان بیماران دارد. تکمیل کننده‌های مثانه‌ای، شریان‌های کوچک، پیوند پوست، غضروف و حتی نای کامل در بیماران کاشته شده است، اما این فرآیند‌ها همچنان بصورت آزمایشگاهی بوده و بسیار پرهزینه‌اند. با اینکه ارگان‌ها و بافت‌های پیچیده‌تری مثل قلب، شش و بافت کبد با موفقیت در آزمایشگاه بازسازی شده‌اند، اما همچنان راهی بسیار طولانی برای بازسازی کامل و آماده شدن برای قرارگیری در بدن بیماران را دارند. شاید برایتان سوال باشد با این اوصاف در وضعیت کنونی لزوم حرکت به سمت مندسی بافت چیست؟ این بافت‌ها، در هر حال می‌توانند در تحقیقات بسیار سودمند و کاربردی باشند، به خصوص در ساخت و آزمایش میزان تاثیر داروها. با استفاده از بافتی آزمایشگاهی که دقیقا توانایی فعالیت و پاسخ مانند بافت داخلی بدن را دارد، می‌توان سرعت انتخاب کردن داروهای برگزیده شده برای یک بیمار را افزایش داد، از طرفی این بافت می‌تواند زمینه ساز ایجاد داروهای شخصی سازی شده که بیش‌ترین تاثیر را بر روی آن بیمار دارد، باشد. نکته قابل توجه دیگر ایجاد شدن شرایطی است که استفاده از حیوانات در آزمایشگاه را به حداقل می‌رساند و هزینه‌ها را تا حد چشم‌گیری کاهش می‌دهد، که همه این‌ها نشان دهنده اهمیت این زمینه و دلیلی موجه برای سرمایه گذاری هر چه بیش‌تر در حوزه مهندسی بافت می‌باشد.
برخی از مهم‌ترین کاربردهای مهندسی بافت
جایگذاری بافت‌های کبد انسانی در موش
محققان دانشگاه ماساچوست با سرمایه گذاری موسسه ملی تصویر برداری و مهندسی زیستی آمریکا، موفق به مهندسی و ساخت بافت کبدی انسان که قابلیت جایگذاری در موش دارد شدند. در این فرآیند، موش کبد خود را به خوبی حفظ کرده و همچنان کبدش کارایی قبلی را دارد اما بافت مهندسی شده کبدی انسان که در این حیوان قرار داده شده است، می‌تواند داروهای مختلف را همانند کبد انسان متابولیزه کند و دقیقا همان نوع پاسخ و تولیدات جانبی را از آن دارو ایجاد کند. این به محققان اجازه می‌دهد که میزان حساسیت به سمیت را آزمایش کنند و پاسخ‌های خاص انسانی به داروهای مختلف را نشان دهد که معمولا جز در آزمایشات بالینی بروز نمی‌کنند. استفاده از بافت مهندسی شده انسان با این شیوه، می‌تواند زمان و هزینه‌هایی که بر روی داروهای جدید صرف می‌شود را کاهش دهد. همچنین با این روش می‌توان برهمکنش دارو-دارو را در محیط و سیستم انسانی بررسی کرد.
شبکه‌هایی برای کمک به احیای دوباره بافت مهندسی شده
امروزه، بافت‌های مهندسی شده که بزرگ‌تر از ۲۰۰ میکرون (دو برابر قطر تار موی انسان) در هر بعدی هستند، نمی‌توانند به بقای خود ادامه دهند به این علت که آن‌ها شبکه‌های مویرگی (سرخرگ و سیاهرگ) ندارند. بافت نیازمند یک سیستم خوب و منظم برای دریافت غذا و همچنین خارج کردن مواد دفعی و پسماند‌هاست و بدون وجود شبکه مویرگی خونی و یا ساختار مشابه آن، سلول‌های آن بافت به سرعت می‌میرند. درحالت ایده آل، دانش‌مندان به دنبال ساخت بافت مهندسی شده‌ای هستند که دارای این سیستم غذا رسانی و بیرون‌بری ضایعات به صورت ذاتی باشد. یک محقق با سرمایه گذاری موسسه ملی تصویر برداری و مهندسی زیستی آمریکا، در حال کار بر روی سیستم بازسازی شونده بسیار ساده و راحت است که این مشکلات را برطرف کند: «یک چاپگر جوهرافشان اصلاح شده، که شبکه‌ای ساخته شده از محلولی قندی را می‌بندد. این محلول سفت و سخت می‌شود و بافت مهندسی شده (در حالت ژلی) دور این شبکه را می‌گیرد. پس از آن، خون اضافه می‌شود که می‌تواند به راحتی شبکه شکری را در خود حل کند، که حاصل این فرآیند باقی ماندن کانال‌های از پیش ساخته شده‌ای است که مانند رگ‌های خونی عمل می‌کند.»
امیدی جدید برای زانوی از کارافتاده
تا به امروز، غضروف خیلی سخت، اگر غیر ممکن نباشد، درمان می‌شود. به این علت که غضروف ساختار عروقی ندارد که فرآیند بازسازی تسریع شود. یک احتمال موفقیت ۵۰ درصدی طولانی مدت در جراحی microfracture در بزرگسالان جوانی که در فعالیت‌های ورزشی آسیب دیده‌اند وجود دارد. همچنین احتمال درمان بسیار کمی برای افرادی که به غضروفشان آسیب می‌رسد وجود دارد. محققی آمریکایی، یک ژل زیستی ساخته‌اند که پس از جراحی microfracture می‌تواند در فضای خالی غضروف تزریق شود. این ژل باعث ایجاد شرایط محیطی خاصی می‌شود که بازسازی را تسهیل می‌کند. برای اینکه این ژل زیستی درون غضروف زانو باقی بماند، محققان یک چسب زیستی جدید را ساختند که توانایی چسبیدن به ژل تزریقی و غضروف آسیب دیده زانو را دارد و باعث می‌شود غضروف بازسازی شده جدید در محل مناسب خود قرار گیرد. ترکیب ژل زیستی/چسب زیستی در بررسی ۱۵ بیمار نشان داد که بعد از گذشت ۶ ماه، رفته رفته دردهای بیماران کاهش یافته و از وضعیت خود رضایت کافی داشتند. در حالی که در بیمارانی که تحت عمل جراحی زانو قرار گرفته بودند، در ابتدا بیماران احساس راحتی داشتند اما بعد از گذشت ۶ ماه این وضعیت برای آن‌ها تغییر کرده و دردهای احساس شده قبلی در ناحیه زانو به همان میزان قبل از عمل جراحی، بازگشته بودند.
نتیجه گیری
مهندسی بافت می‌تواند کلیدی برای درمان بسیاری از بیماری‌ها باشد و این زمینه از علم دارای مرزهایی بی‌کران است که با کنکاش و جستجو در آن می‌توان به دستاوردهایی بزرگ و کمک‌کننده به جامعه بشریت، دست یافت. نظر شما در مورد آینده مهندسی بافت چیست؟ آیا در آینده می‌توان با استفاده از مهندسی بافت هر ارگانی از بدن را بازسازی کرد؟ هر تلاشی که در زمنیه مهندسی بافت صورت می‌گیرد، منجر به آگاهی بیش‌تر و بهتر از فرآیندهایی که در بدن انسان رخ می‌دهد شده و برای ما درک بهتری از رویه شکل گیری بسیاری از بیماری‌ها را فراهم می‌آورد.
منبع : NIH
