دانشمندان موفق به ساخت اندام های مینیاتوری انسان روی تراشه شدند!

پیش از اینکه بی خطر بودن داروهای جدید تایید شود، باید آن ها را از آزمون های بسیار سخت و پیچیده ای گذراند. این آزمون ها روی حیوانات و مدل های مصنوعی بدن انسان انجام می شود اما نتیجه ی آن ها همیشه همان چیزی نیست که در بدن انسان اتفاق می افتد. مدت هاست که دانشمندان موفق شده اند نمونه های کوچک و مینیاتوری از اندام های انسان را در آزمایشگاه پرورش دهند. این اندام های مینیاتوری نمونه ی مناسبی برای آزمایش کردن داروها هستند و داروسازان در آزمایشگاه های مختلف برای تست داروهای جدید از آن ها استفاده می کنند. اما مشکل این روش از آنجا ناشی می‌شود که تاثیر داروها روی دیگر بخش های بدن مشخص نخواهد شد.

موسسه Wake Forest روی داروهای احیاگر تحقیق می کند. پژوهشگران این موسسه به تازگی چند نوع از این اندام های مینیاتوری پرورش داده شده در آزمایشگاه را با هم ترکیب کرده و یک مدل از اعضای بدن به وجود آورده اند. نمونه های کوچک مغز، کلیه و قلب در آزمایشگاه رشد داده شده و در برخی موارد اعضای مختلف بدن به تراشه های الکترونیکی القا شده اند تا کارکرد آن ها شبیه سازی شود. این نوع مدلسازی را سیستم بدن در تراشه (Body-on-a-chip) می نامند.

فناوری اعضا در تراشه کاربردهای فراوانی در پزشکی دارد. کاربردهایی مانند آزمایش کارآمدی و بی خطر بودن داروها، مدل سازی بیماری ها و مشاهده ی تاثیرات شیوه های سبک زندگی مانند سیگار کشیدن روی سلول های بدن. اما این شیوه یک کمبود بزرگ دارد. هنگامی که تنها روی مدل یک عضو بدن کار می کنیم، تاثیر کلی پدیده در بدن و تاثیرات متقابل اعضای بدن روی یکدیگر در ارتباط با پدیده ی مورد آزمایش ناشناخته باقی می‌ماند.

الکس اسکاردار سرپرست پژوهش های « اعضا در تراشه» در این مورد می گوید:

«اگر تاثیرات یک دارو را تنها روی کبد بررسی کنید، هرگز تاثیرات احتمالی آن دارو بر دیگر اعضای بدن را نخواهید دید. استفاده از سیستم « عضو در تراشه» ای که با بافت های اعضای مختلف بدن ساخته شده است، می توانیم اثرات جانبی سمی یک دارو را مرحله ی ساخت آن دارو شناسایی کنیم. به این ترتیب جان انسان ها نجات داده می شود و چندین میلیون دلار هم صرفه جویی خواهد شد».

پژوهشگران موسسه ی Wake Forest از اعضای مختلف بدن مدل های مینیاتوری تهیه کردند. این مدل مینیاتوری در حقیقت نمونه ی سه بعدی و بسیار کوچک از یک عضو بدن است؛ مانند قلب، ریه و کبد. پژوهشگران در مرحله ی بعد این مدل ها را به یکدیگر متصل کردند و یک سیستم کاملا بسته پدید آوردند. برای تغذیه کردن این سیستم، دانشمندان از یک مایع مغذی استفاده کردند که در واقع شبیه سازی خون است.

دانشمندان برای اینکه سیستم ساخته شده ی خود را آزمایش کنند و ببینند آیا به طور دقیق کارکردهای بدن انسان را شبیه سازی می کند، ابتدا یک دز از نوعی مسکن سمی را وارد بخش کبد آن کردند. سپس داروی دیگری را وارد کردند که برای از بین بردن اثرات منفی داروی سمی اولیه ساخته شده است. سیستم طراحی مطابق انتظار عمل کرد و واکنشش به زهر و پادزهر مانند بدن انسان بود. دانشمندان سپس کل سیستم بدن در تراشه را آزمایش کردند تا ببینند اعضای مختلف بدن در این سیستم چه واکنشی به داروها نشان می دهند.

در یک آزمایش، دانشمندان یک داروی سرطان را به سیستم دادند. این دارو اثرات جانبی بسیار بدی دارد و باعث زخم شدن ریه ها می شود. این اثر در سیستم بدن در تراشه مشاهده شد اما نکته ی جالب آنجا بود که سیستم تاثیری را نشان داد که تاکنون ناشناخته بوده است. سرعت تپش قلب شروع به بالا رفتن کرد و سپس ناگهان قلب از تپش ایستاد. دانشمندان دلیل این اتفاق را پروتئین های آزاد شده از ریه ها می دانند که پس از پخش شدن در سیستم (یا بدن) باعث بروز این اتفاق می شود. اسکاردال، سرپرست گروه پژوهشی در این مورد می گوید:

این اتفاق کاملا غیرمنتظره بود. سیستم ساخته به ما امکان می دهد اثرات جانبی از این دست را در مراحل مختلف شکل گیری دارو کشف کنیم.

گام بعدی در این پژوهش ها بالا بردن سرعت سیستم است. این کار به دانشمندان امکان می دهد گستره ی کار سیستم را در مقیاس بزرگ تر ببینند و سپس اعضای دیگر بدن را به آن اضافه کنند.  آنتونی آتالا پژوهشگر ارشد پروژه می گوید:

ما در نهایت امیدواریم به یک سیستم بدن در تراشه برسیم که همه ی اعضای کلیدی بدن انسان در آن وجود دارد. امیدوارم کاربرد این سیستم را نشان دهیم. این سیستم می تواند شرایط بررسی اثرات داروهای پیشرفته را فراهم کند. کاربرد دیگر سیستم ما در پزشکی شخصی است، یعنی به کمک آن می توانیم پیش بینی کنیم که واکنش یک بیمار به درمان چگونه خواهد بود.