مطالعه جالب اندام های بدن انسان روی یک تراشه - وبلاگ عصر نو

به گزارش وبلاگ عصر نو، آوردن یک داروی نو به بازار، میلیارد ها دلار هزینه دارد و ممکن است بیش از یک دهه زمان ببرد. این سرمایه گذاری ها که هزینه و زمان بالایی را می طلبند، هم هزینه های سرسام آور مراقبت های بهداشتی امروزی را افزایش می دهند و هم موانع مهمی برای ارائه درمان های نو به بیماران به شمار می روند. یکی از دلایل بزرگ ورای این موانع، مدل های آزمایشگاهی هستند که پژوهشگران در وهله اول از آن ها برای فراوری دارو استفاده می نمایند.

فناوری اندام روی تراشه می تواند با تقلید از رفتار اندام های بدن انسان، امکان آزمایش در شرایط واقعی را برای دانشمندان فراهم کند.

به نقل از فست کمپانی، آوردن یک داروی نو به بازار، میلیارد ها دلار هزینه دارد و ممکن است بیش از یک دهه زمان ببرد. این سرمایه گذاری ها که هزینه و زمان بالایی را می طلبند، هم هزینه های سرسام آور مراقبت های بهداشتی امروزی را افزایش می دهند و هم موانع مهمی برای ارائه درمان های نو به بیماران به شمار می روند. یکی از دلایل بزرگ ورای این موانع، مدل های آزمایشگاهی هستند که پژوهشگران در وهله اول از آن ها برای فراوری دارو استفاده می نمایند.

آزمایش های پیش بالینی یا مطالعاتی که اثربخشی و سمیت دارو را پیش از ورود به آزمایش های بالینی انسانی آزمایش می نمایند، عمدتا روی سلول های کشت شده و حیوانات انجام می شوند.

هر دو مورد به علت توانایی ضعیف خود در تقلید از شرایط بدن انسان، با محدودیت هایی همراه هستند. سلول های کشت شده در یک ظرف آزمایشگاهی نمی توانند هر جنبه ای از عملکرد بافت مانند نحوه تعامل سلول ها در بدن یا پویایی اندام های زنده را تکرار نمایند. در هر حال، حیوانات انسان نیستند و حتی تفاوت های ژنتیکی کوچک بین گونه ها می توانند به تفاوت های فیزیولوژیکی اصلی تبدیل شوند.

کمتر از هشت درصد پژوهش های پیروز اجرا شده روی حیوانات، برای درمان سرطان به آزمایش های بالینی انسانی می رسند. از آنجا که بیشتر مدل های حیوانی در پیش بینی اثرات دارو طی آزمایش های بالینی انسانی شکست می خورند، این شکست های انجام شده در مراحل پایانی می توانند هزینه ها و خطرات سلامتی بیمار را به طور قابل توجهی افزایش دهند.

پژوهشگران برای پرداختن به این مشکل، مدل امیدوارنماینده ای را ارائه نموده اند که می تواند با دقت بیشتری از بدن انسان تقلید کند. این مدل، اندام روی تراشه (organ-on-a-chip) نام دارد.

اندام روی تراشه با توسعه بیشتر می تواند به پژوهشگران در آنالیز بیماری ها و آزمایش دارو ها در شرایطی نزدیک تر به زندگی واقعی یاری کند.

اندام روی تراشه چیست؟

پژوهشگران در اواخر دهه 1990، راهی را برای لایه بندی پلیمر های الاستیک با هدف کنترل و آنالیز سیالات در سطح میکروسکوپی کشف کردند. این امر به راه اندازی حوزه میکروسیال ها یاری کرد که برای علوم زیست پزشکی شامل استفاده از دستگاه هایی است که می توانند جریان پویای مایعات بدن مانند خون را تقلید نمایند.

پیشرفت های انجام شده در میکروسیال ها، بستری را برای پژوهشگران فراهم نموده اند تا سلول هایی را کشت نمایند که عملکرد نزدیک تری به عملکرد آن ها در بدن انسان دارند. این کار خود را به ویژه با اندام های روی تراشه نشان می دهد. تراشه به دستگاه میکروسیالی اشاره دارد که سلول ها را در بر می گیرد. این تراشه ها معمولا با استفاده از فناوری مشابه تراشه های رایانه ساخته می شوند.

اندام های روی تراشه نه تنها جریان خون در بدن را تقلید می نمایند، بلکه دارای محفظه های ریزی هستند که به پژوهشگران امکان می دهند تا چندین نوع سلول را برای تقلید از سلول های موجود در یک اندام ادغام نمایند. جریان سیال، این سلول های گوناگون را به هم متصل می نماید و به پژوهشگران امکان می دهد تا نحوه تعامل آن ها با یکدیگر را مطالعه نمایند.

این فناوری می تواند محدودیت های کشت سلولی و مطالعات حیوانی را از طرق مختلف رفع کند. وجود مایعی که در این مدل جریان دارد، به آن امکان می دهد تا هم از تجربه سلول در بدن مانند نحوه دریافت مواد مغذی و حذف مواد زائد و هم از نحوه حرکت کردن دارو در خون و تعامل آن با چندین نوع سلول تقلید کند. توانایی کنترل جریان مایع نیز پژوهشگران را قادر می سازد تا دوز مناسب را برای یک داروی خاص تنظیم نمایند.

به عنوان مثال، مدل ریه روی تراشه قادر است تا هر دو کیفیت مکانیکی و فیزیکی ریه انسان زنده را ادغام کند. این تراشه می تواند انبساط و انقباض یا دم و بازدم ریه را تقلید کند و رابطه بین ریه و هوا را شبیه سازی کند. توانایی تکرار این ویژگی ها به پژوهشگران امکان می دهد تا اختلالات ریه را بهتر آنالیز نمایند.

توسعه فناوری اندام روی تراشه

اگرچه اندام روی تراشه، مرز های تحقیقات دارویی در مراحل اولیه را جابه جا می نماید، اما این فناوری به طور گسترده در توسعه دارو به کار گرفته نشده است. یک مانع اصلی برای پذیرش گسترده چنین تراشه هایی، پیچیدگی بالا و کمتر عملی بودن آن ها است.

استفاده از مدل های کنونی اندام روی تراشه، برای دانشمندان عادی سخت است. بعلاوه، از آنجا که بیشتر مدل ها یک بارمصرف هستند و تنها اجازه آنالیز یک ورودی را می دهند، مطالعه آن ها محدود می گردد و پیاده سازی آن ها نیز به هزینه و زمان بیشتر و کار فشرده تری احتیاج دارد.

سرمایه گذاری های زیاد مورد احتیاج برای استفاده از این مدل ها ممکن است اشتیاق برای به کار گرفتن آن ها را کاهش دهند. از این گذشته، پژوهشگران اغلب از مدل هایی برای مطالعات پیش بالینی استفاده می نمایند که کمتر پیچیده هستند تا زمان و هزینه را کاهش دهند.

ظهور فناوری چاپ سه بعدی نیز توسعه اندام روی تراشه را به طور قابل توجهی آسان نموده است و به پژوهشگران امکان می دهد تا کل بافت و مدل اندام را به طور مستقیم روی تراشه ها بسازند. چاپ سه بعدی برای نمونه سازی سریع و به اشتراک گذاشتن طراحی بین کاربران، ایده آل است و بعلاوه، فراوری انبوه مواد استاندارد را آسان می نماید.

اندام های روی تراشه می توانند پیشرفت هایی را در کشف دارو ایجاد نمایند و به پژوهشگران امکان دهند تا درک بهتری را در خصوص نحوه عملکرد اندام ها در سلامتی و بیماری داشته باشند. افزایش دسترسی به این فناوری می تواند آن را از مرحله توسعه در آزمایشگاه بیرون بیاورد تا خود را در صنعت زیست پزشکی نشان دهد.