تراشه‌‌ای برای بازتولید اندام‌های انسان

برای تسریع‌ بخشیدن به فرآیند تولید و عرضه داروهای موثرتر، نیاز به مدل‌های جدیدی چون اندام‌تراشه‌ها که می‌تواند توانایی دانشمندان را برای ارزیابی اثربخشی دارو به‌طرز مؤثرتر و کارآمدتری متحول کند در حال افزایش است. این فناوری تراشه‌‌ سه‌بعدی پلیمر سیلیکونی یا پلاستیکی است که همانند اندام مصنوعی مینیاتوری،می‌توان از آن برای شبیه‌سازی تمام فعالیت‌ها و فرآیندهای فیزیولوژیک اندام‌های مختلف استفاده کرد.
امروزه به‌مدد ترکیبی از مطالعاتی که در حوزه‌های گوناگونی چون ریزسیالات، زیست‌شناسی سلولی و مهندسی زیستی انجام می‌شود، جامعه‌ علمی‌ موفق شده‌ نسخه‌ ریزشده‌ای از اندام‌های بدن را با تمام‌ جزئیات و پیچیدگی‌هایش روی تراشه‌ای کوچک‌ در ابعاد ۳۵در۱۵میلی‌متربسازد.این دستگاه‌ها عملکرد، محیط فیزیکی، شیمیایی و فرآیندهای فیزیولوژیکی اندام‌ها و بافت‌های انسان را در مقیاس میکروسکوپی بازتولید می‌کند. اندام‌تراشه‌ها روی سطوح پلاستیکی یا شیشه‌ای ساخته می‌شود که با کانال‌ها و محفظه‌های مختلفی حکاکی شده‌ و در این کانال‌ها انواع سلول‌ها کشت می‌شود. همچنین معماری این تراشه‌ها به گونه‌ای است که می‌تواند فرآیندهای زیستی چون فشار خون، تعاملات سلولی یا سرعت گردش مایع در بافت‌های رابط (ریه‌ها، روده‌ها و کلیه‌ها) را ممکن کند. 

آزمایشات بالینی روی تراشه؟
اندام‌تراشه‌ها به‌عنوان فناوری نوظهوری شناخته می‌شود و ازاین‌رو، هنوز نتوانسته میزهای آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی را تصاحب کند. به‌طوری‌که روی این میزها، همچنان با استفاده از کشت سلولی در ظروف پتری یا با مدل‌های حیوانی آزمایش‌ها انجام می‌شود. می‌توان گفت که اندام‌تراشه‌ها هنوز به اندازه کافی توسعه‌یافته و پیچیده نیست تا جایگزین مدل‌های حیوانی درطول فرآیند پژوهش شود. این‌ درحالی است که آزمایش‌های پیش‌بالینی فعلی که برای ارزیابی میزان اثربخشی و سمیت داروهای جدید انجام می‌شود، همه جنبه‌های عملکرد بافت‌های انسان را منعکس نمی‌کند. گزارش اخیر سازمان غذا و داروی آمریکا(FDA) نشان می‌دهد که از هر ۱۰دارو۹ دارو در مرحله کارآزمایی بالینی انسانی باوجود گذراندن مرحله آزمایش روی حیوانات شکست می‌خورداما فناوری‌ اندام‌تراشه می‌تواند به‌سرعت بخشیدن وتسهیل درفرآیند رسیدن درمان‌های جدید ازآزمایشگاه به انسان کمک کند.درواقع، دانشمندان می‌توانند فرضیه‌های خاصی را ازهمان مراحل اولیه و پیش‌ از تایید در مدل‌های زنده، روی تراشه‌ها ارزیابی کنند.

ضربان کلیه در تراشه
فروردین امسال، گروهی از دانشمندان پلی‌تکنیک پاریس به سرپرستی سدریک بوزیگ، در درگاه اینترنتی این دانشگاه از توسعه اندام‌تراشه‌ای برای بررسی بیماری‌های شدید کلیوی خبر دادند. این پژوهشگران سامانه‌های ریزسیالی را طراحی کرده‌اند که با بازسازی سه‌بعدی از آنچه تقریبا در کلیه واقعی رخ می‌دهد، کنترل پیام‌ها و گردش خون را انجام می‌دهد و رابط بین خون و ادار را که در کلیه وجود دارد، بازتولید می‌کند. این زیست‌شناسان روی گلومرولونفریت، نوعی بیماری کلیوی که مشخصه آن التهاب گلومرول‌ها یا رگ‌های خونی کوچک در کلیه‌هاست، متمرکز شده‌اند. این دانشمندان فرانسوی، یک سامانه گلومرولی را روی تراشه طراحی کرده‌اند که سازوکارهای حیاتی را برای شروع و پیشرفت این آسیب‌ بازتولید می‌کند. سدریک بوزیگ در این‌خصوص می‌گوید: «ما تراشه‌ای متشکل از دو کانال ادراری و عروقی ساختیم که با غشایی از سلول‌های جداری گلومرولی از هم جدا شده‌ است. این سلول‌ها کپسولی را شکل می‌دهد که در آن ادرار تولید می‌شود. سپس به لطف دستگاه تصویربرداری نوری، توانستیم آنچه را که در تراشه و در سطح مولکولی و سلولی اتفاق می‌افتد، مشاهده کنیم و میزان آسیب را بررسی کنیم.»

غشای ابریشمی فوق‌نازک برای کلیه
خرداد امسال پژوهشگران دانشگاه دوک آمریکا که نتایج یافته‌های‌شان را در نشریه ساینس منتشر کرده‌اند از توسعه غشای فوق‌نازکی خبر دادند که بر پایه ابریشم ساخته شده و می‌تواند در مدل‌های اندام‌تراشه برای تقلید بهتر از محیط طبیعی سلول‌ها و بافت‌های بدن استفاده شود. این غشای جدید که ضخامت آن فقط پنج میکرون است به سلول‌ها اجازه می‌دهد برای رشد به یکدیگر نزدیک‌تر شود و به محققان کمک می‌کند تا رشد و عملکرد سلول‌ها و بافت‌های کلیدی هر اندام را کنترل کنند، همچنین آنها را قادر می‌سازد تا طیف وسیعی از بیماری‌ها را با دقت بیشتری مدل‌سازی و روش‌های درمانی را آزمایش کنند.برای آزمایش این غشای جدید، پژوهشگران آمریکایی این ماده را روی مدل‌های تراشه کلیه اعمال کردند. اندام‌تراشه آنها از پلاستیکی شفاف ساخته‌شده و دیواره مویرگ گلومرولی‌اش یا همان خوشه‌های رگ‌های خونی مسئول تصفیه خون، شبیه به مقطع کلیه انسان است. وقتی غشا در جای خودش قرار گرفت، پژوهشگران مشتقات سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان را به تراشه افزودند و مشاهده کردند که این سلول‌ها قادر به ارسال پیام در سراسر غشای فوق‌نازک هستند. این غشا به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی کمک می‌کند تا به سلول‌های گلومرولی، سلول‌های پودوسیت‌ و سلول‌های اندوتلیال عروقی تمایز پیدا کنند.