اگرچه از گذشته‌های دور، تحقیقات بسیار زیادی در زمینه كشت سلول‌ها در خارج از بدن موجودات زنده انجام شده بود، اما رشد شبكه‌های سه‌بعدی نانوساختاری كه بتواند جایگزین بافت آسیب‌دیده بدن باشد موضوع جدیدی است كه در سال‌های اخیر محققان توانسته‌اند به دستاوردهایی در این زمینه دست یابند.

نتایج تحقیقات انجام شده توسط محققان ایرانی در این زمینه نیز، پیشرفت‌های چشمگیری را در زمینه درمان بیماری‌ها به همراه داشته است كه از آن جمله می‌توان به موفقیت محققان ایرانی در زمینه ساخت پوست مصنوعی، نای مصنوعی، كبد مصنوعی و همچنین درمان سل مقاوم اشاره كرد. این طرح‌ها نتیجه فعالیت‌هایی است كه از سال‌ها پیش در حوزه مهندسی بافت آغاز شده و پس از انجام مراحل اولیه و تایید شورای دانشگاه‌های علوم پزشكی به بهره‌برداری می‌رسد.

ساخت كبد مصنوعی كه چندی پیش خبر موفقیت محققان دانشگاه علوم پزشكی شهید بهشتی در مراحل اولیه انجام طرح تحقیقاتی آن توسط وزیر بهداشت، درمان و آموزش پزشكی اعلام شد، یكی از دستاوردهای نوین در عرصه مهندسی بافت است كه می‌تواند در آینده در درمان بیماران مبتلا به نارسایی كبدی مورد استفاده قرار گیرد. با دكتر جلال‌الدین غنوی، مجری این طرح به گفتگو نشسته‌ایم.

آیا كبد زیست مصنوعی ساخته شده از عملكردی مشابه اعمال حیاتی كبد طبیعی برخوردار است؟

این دستگاه قادر است شرایط مناسبی را برای انجام كلیه فعالیت‌هایی كه در یك كبد طبیعی روی خون انجام می‌شود به وجود آورد. ابتدا خون فرد بیمار از طریق یك لوله از شریان‌ها وارد قسمتی از دستگاه می‌شود كه پلاسما را از سلول‌های خونی جدا می‌كند.

سلول‌های خونی جدا شده بلافاصله از قسمت انتهایی دستگاه وارد بدن بیمار می‌شوند. سپس پلاسمای خون وارد بخش دیگری می‌شود كه گوی‌های شیشه‌ای در آنجا قرار دارند.

پلاسما و ماتریس نانوساختار روی این گونه‌ها مستقر می‌شوند و سلول‌های كبدی جداسازی شده روی آن قرار می‌گیرد و به این ترتیب دفع سموم بدن از پلاسما توسط سلول‌های كبدی موجود در این سیستم انجام خواهد شد و در پایان پلاسمای تصفیه شده پس از عبور از سدهای متعددی كه تامین مواد مورد نیاز پلاسما مانند اكسیژن را به عهده دارند و همچنین تركیب با سلول‌های خونی كه در آغاز ورود خون به این دستگاه از آن جدا شده بودند، به بدن فرد بیمار بازمی‌گردد.

● آیا این روش، روش درمانی جدیدی است؟

استفاده از سلول كبدی در خارج از بدن از سال‌ها پیش در كشورهای مختلف مورد توجه بوده است و روش درمانی جدیدی محسوب نمی‌شود؛ اما این طرح ویژگی‌های منحصر به فردی دارد كه آن را از نمونه‌های خارجی كه پیش از این ساخته شده بود، متمایز می‌سازد. در این طرح، با استفاده از روش‌های مهندسی بافت، سلول‌های كبدی در یك آشیانه سلولی مستقر می‌شوند.

از آنجایی كه روش‌های غیربیولوژیك به علت ناتوانی در انجام اعمال متابولیك و سنتتیك سلول‌های كبدی با محدودیت‌های بسیار زیادی مواجه هستند، استفاده از كبد زیست مصنوعی كه در آن سلول‌های كبدی با استفرار در یك واكنشگاه زیستی زمینه مناسبی را برای انجام اعمال حیاتی كبد در مجاورت سلول‌های كبدی به وجود می‌آورند از مدت‌ها پیش مورد توجه محققان بوده و تحقیقات بسیاری درباره آن انجام شده است.

● در این طرح از چه روشی برای ساخت كبد مصنوعی استفاده شده است؟

این طرح در حقیقت ادامه طرح ساخت نای یا تراشه مصنوعی است كه نتایج مربوط به آن سال گذشته اعلام شد و در اینجا نیز از همان روش مهندسی بافت به گونه‌ای دیگر استفاده شده است. این دستگاه، مدل شبیه‌سازی شده از كبد طبیعی است كه خداوند آن را با ساختار ساده‌ای برای دفع سموم و مواد زاید از بدن طراحی كرده است.

در این طرح در بخشی از دستگاه كبد زیست مصنوعی ساختارهای گوی‌شكل شیشه‌ای وجود دارد كه به عنوان غشا چسبندگی لازم برای اتصال ۱۰ میلیارد سلول كبدی به یكدیگر را تامین می‌كند تا سلول‌های كبدی جداسازی شده عملكردی طبیعی داشته باشند. اگر چسبندگی لازم بین سلول‌های كبدی وجود داشته باشد، میزان فعالیت این سلول‌ها به صورت لگاریتمی افزایش خواهد یافت.

گوی‌ها نباید الزاما شیشه‌ای باشند، بلكه می‌توانند از جنس ساختارهای مصنوعی نیز باشند. كلاژن روی گوی‌ها قرار می‌گیرد و نانوساختاری را به وجود می‌آورد كه نقش داربست یا آشیانه سلولی را دارد.

در طرح‌های مشابه كه پیش از این در كشورهای دیگر برای ساخت كبد مصنوعی ارائه شده است، از كلاژن حیوانی به دست آمده از جانوران خشكی‌زی استفاده می‌شود، اما در این طرح كلاژن از موجودات دریایی تامین شده است كه خطر انتقال بیماری‌های مشترك بین دام و انسان را از بین خواهد برد.

ساختار سلول‌ها در این روش به صورت دو قطبی است كه میزان فعالیت سلول‌های كبدی را تا ۹۰ درصد افزایش می‌دهد و عملكرد طبیعی سلول‌‌ها را حفظ می‌كند. مقدار كلاژن و سلول‌های بنیادی لازم برای هر بیمار نیز با توجه بشدت بیماری محاسبه خواهد شد.

سلول‌‌های تولید‌شده با استفاده از ماتریكس نانو كاملا مشابه سلول‌های طبیعی كبد، فعالیت‌‌های متابولیكی نظیر ساخت پروتئین و جذب سلول‌های چربی و كربوهیدرات‌ها را انجام می‌دهند.

این مجموعه شامل ۱۰ میلیارد سلول مشابه كبدی است كه با الگوبرداری از سلول‌های كبد طبیعی به صورت سه‌بعدی ساخته شده است، ‌این سلول‌ها نوعی نانو كریستال هستند كه قابلیت تكثیر و بازسازی دارند.

● این طرح در حال حاضر در چه مرحله‌ای است و پیش‌بینی می‌شود ظرف چه مدت زمانی بتوان آن را به تولید انبوه رساند؟

این پروژه علمی كه از یك سال و نیم پیش آغاز شده، مراحل اولیه را پشت سر گذاشته و نتایج موفقیت‌آمیز آن روی گوسفند به تایید شورای دانشگاه علوم پزشكی شهید بهشتی رسیده است.

مجوزهای كمیته اخلاق پزشكی نیز گرفته شده و اكنون فاز انسانی آن در حال بررسی است كه پیش‌بینی می‌شود انجام این مراحل ۱۸ ماه به طول بینجامد و پس از آن بتوانیم با تولید انبوه آن نیاز بیماران كبدی به این فناوری را بر طرف سازیم. برای این كه یك طرح تحقیقاتی در نهایت بتواند به تولید انبوه برسد، باید تمام مسائل مربوط به آن مورد بررسی قرار گیرد.

این طرح در فاز انجام مطالعات حیوانی موفق بوده و هیچ‌گونه عوارضی را برای بیمار به همراه نداشته است اما برای این كه بتوانیم از آن در درمان انسان‌ها استفاده كنیم،‌ باید مطالعات بیشتری درباره آن شود تا در انسان عوارض جانبی نداشته باشد و بتواند سلامت فرد را تضمین كند اما با توجه به این كه تاكنون در این زمینه اقدامات مشابهی انجام نشده بود، پیش‌بینی می‌شود این دستاورد علمی بتواند پیامدهای مطلوبی را در زمینه طراحی و ساخت سیستم‌های مراقبتی به همراه داشته باشد.

● از كبد مصنوعی برای درمان چه بیمارانی استفاده خواهد شد؟

در حقیقت این روش نوعی سلول درمانی است كه با استفاده از آن سلول‌های كبد در خارج از بدن فرد و متناسب با وضعیت بیمار و گروه‌ خونی او براساس فناوری نانو و مهندسی بافت روی گوی‌های شیشه‌ای نانو ساختار ایجاد می‌شوند.

این دستگاه پس از اتصال به رگ‌ها و شریان‌های اصلی بدن بیمار به طور موقت كار كبد را برای فردی كه كبد او دچار نارسایی شده است انجام خواهد داد. در كشور ما هر سال ۲ تا ۳ هزار نفر به نارسایی كبدی مبتلا می‌شوند.

از سوی دیگر یك و نیم برابر این تعداد نیز بیمار كبدی مزمن داریم كه با توجه به لزوم استفاده از كبد از بیمار مرگ مغزی نمی‌‌توان در مدت زمان لازم برای نجات فرد بیمار از این روش یعنی پیوند كبد برای درمان او استفاده كرد. اما با استفاده از این دستگاه سلول‌های كبدی برای مدت زمان یك ماه در خارج از بدن زنده می‌مانند و می‌توانند دفع سموم و مواد زاید از خون را با عملكردی مشابه كبد برای فرد بیمار انجام دهند.

به این ترتیب علاوه بر این كه فرد بیمار در مدت زمان انتظار برای دریافت كبد با مشكلی مواجه نخواهد شد، فرصت مناسبی ایجاد می‌شود تا كبد بتواند خود را ترمیم كند. اگر چه كشور ما در زمینه پیوند كبد به موفقیت قابل‌توجهی دست یافته است اما در حال حاضر تنها ۲۰۰ نفر از بیماران مبتلا به هپاتیت كه تعداد‌ آنها همچنان در حال افزایش است، تحت عمل پیوند قرار می‌گیرند.

به عبارت دیگر به طور متوسط هر سال ۱۴۰ تا ۲۰۰ نفر دهنده عضو وجود داردكه با توجه به شیوع ۵/۱تا ۲ میلیون نفری هپاتیت در ایران باید از روشی استفاده كرد كه در مرحله حاد نارسایی كبدی بتواند جایگزین این ارگان شود.

اگر اعمال اصلی كبد در این مرحله بتواند از طریق روش‌های جایگزین انجام شود، میزان بهبودی بیماران نیز افزایش خواهد یافت و در نتیجه دیگر نیازی به پیوند كبد نخواهد بود. وقتی كبد از كار می افتد و سلول‌های آن كاركرد طبیعی خود را از دست می‌‌دهند، سموم و مواد زاید در بدن تجمع پیدا كرده و در نتیجه مغز آسیب دیده و فرد دچار مرگ می‌شود.

پیش از این در بسیاری از كشورها ازدستگاه‌های غیرزیستی برای درمان این افراد استفاده می‌شد، اما با استفاده از سلول‌های كبدی در خارج از بدن مشابه دیالیز بیماران كلیوی، می‌‌توان این كار را به صورت زیستی انجام داد.

● چه نوآوری‌هایی این طرح را از نمونه‌های خارجی مشابه متمایز كرده است؟

در سطح دنیا از ۴ تا ۶ روش ابداعی برای ساخت كبد مصنوعی استفاده می‌شود كه قدمتی ۱۰ ساله دارند و هر كدام از آنها علاوه بر مزایا از معایبی نیز برخوردارند. این ساختار معایب هیچ یك از روش‌های ابداعی موجود را ندارد. ساختارنانو ماتریكس مورد استفاده در این سیستم كاملا بومی كشور است.

علاوه بر این استفاده از كلاژن موجودات دریایی به جای كلاژن موجودات خشكی‌زی خطر انتقال بیماری‌های مشترك بین دام و انسان را از بین می‌برد. نوآوری دیگری كه در كبد مصنوعی ایرانی وجود دارد این است كه در این روش از سلول‌های بنیادی كبدی دو قطبی استفاده شده است كه سبب افزایش ماندگاری این سلول‌ها خواهد شد.

برای این‌كه سلول‌های كبدی بتوانند فعالیت طبیعی خود را حفظ كنند، باید دارای ساختاری دو قطبی باشند تا از میكروگراویتی لازم برخوردار بوده و پس از خارج شدن از محیط طبیعی بدن شكل خود را از دست ندهند.

این ساختار دو قطبی شبیه به یك داربست سلولی عمل می‌كند و مانع از پهن شدن سلول‌ می‌شود كه در نتیجه عملكرد سلول‌ها تا بیش از ۹۰ درصد حفظ می‌شود. در نمونه‌های خارجی ساختار سلولی تمایز پیدا نكرده و از عملكردی ۶۰ تا ۷۰ درصدی برخوردار خواهد بود. همچنین این سلول‌ها حداكثر برای مدت زمان ۳ هفته زنده خواهند ماند.

براساس برآوردهای انجام شده ساخت دستگاه بومی تنها یك سیستم نمونه‌ خارجی و حدود ۸ هزار دلار هزینه در بر خواهد داشت كه در صورت تولید انبوه، قیمت آن به مراتب كاهش خواهد یافت.

به‌طور كلی نگهداری سلول‌های كبدی، تكثیر و قرارگیری آن روی غشاهایی كه بتواندكاركرد سلول‌ها را حفظ كرده و از آن جدا نشود و همچنین شرایط زیستی سلو‌ل‌ها را در محیط خارج از بدن حفظ كند، از مهم‌ترین ویژگی‌های دستگاه كبد مصنوعی ساخته شده است.

● كبد، پالایشگاه بدن‌

كبد یكی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌تری اعضای بدن است كه انجام بسیاری از اعمال متابولیكی بدن نظیر ساخت پروتئین و دفع مواد زاید از خون را به عهده دارد. سلول‌های كبدی به طور مداوم پروتئین‌هایی را ساخته و در خون ترشح می‌كنند. همچنین سلول‌های كبدی می‌توانند مواد مختلفی مانند ویتامین‌ها و تری‌گلیسیریدها را نیز در خود ذخیره كنند. سلول‌‌های كبدی از طریق آنزیم‌های شبكه آندوپلاسمی، موادی مانند الكل و التروئیدها را غیر فعال می‌كنند و نقش بسیار مهمی در سم‌زدایی از بدن دارند.

علی‌رغم این‌كه سلول‌های كبدی دارای عمری طولانی هستد، قدرت ترمیم شگفت‌انگیزی نیز دارند. وجود ۱۰ تا ۲۰ درصد از كل كبد برای ادامه حیات این عضو كافی است. این در حالی است كه با خارج كردن این عضو از بدن، فرد پس از ۲۴ ساعت دچار مرگ خواهد شد.

چرا كه كبد انجام تعداد زیادی از اعمال متابولیك ضروری بدن را به عهده دارد و هر نوع ماده غذایی پیش از ذخیره شدن، انتقال یا استفاده، باید توسط كبد به شكل صحیح بیوشیمیایی خود تغییر پیدا كند بنابراین می‌توان از آن به عنوان عضو مهمی از بدن نام برد كه بدون آن ادامه حیات غیرممكن خواهد بود.

فرانك فراهانی‌جم‌