فهرست مطالب
چرا باید اندام‌ها را مدلسازی کرد؟
مدلسازی فرآیندهای بیولوژیکی در شرایط آزمایشگاهی ابزار مهمی برای درک بهتر مکانیسم اندام‌های متعدد بدن و بیماری‌ها است و امکان آزمایش سریع درمان‌ها را فراهم می‌کند.
طبیعتاً، هرچه شرایط شبیه‌سازی‌شده در آزمایش به شرایط درون بدن یا شرایط واقعی نزدیک‌تر باشد، نتایج آزمایش مورد اعتماد‌تر خواهد بود.
با روش‌های متعدد همانند کشت سلول و استفاده از حیوانات مختلف در آزمایشات تا به امروز، سعی بر این بوده است تا نزدیک‌ترین مدلسازی به شرایط داخل بدن و اندام‌ها محقق شود؛ که هر کدام از این روش‌ها می‌تواند معایبی را به دنبال داشته باشند.
یک مدلسازی قابل‌اعتماد در شرایط آزمایشگاهی، نقش اساسی در سرعت بخشیدن به توسعه دارو ایفا می‌کند و فقدان چنین مدل‌هایی می‌تواند کشف دارو را برای بیماری‌های مهم مختل کند.
انواع روش‌های مدلسازی بدن و اندام‌ها
در سیستم‌های کشت تک‌لایه سنتی، عدم وجود کمپلکس‌های چند سلولی سازمان‌یافته و عدم توانایی در شبیه‌سازی کامل ریزمحیط کلی موجود در داخل بدن از محدودیت‌های حیاتی این روش است. این محدودیت منجر به درمان‌های متعددی شده‌است که در شرایط آزمایشگاهی کارایی را نشان می‌دهند، اما در آزمایشات بیماران با شکست مواجه می‌شوند.
از طرفی دیگر، محدودیت مدل‌های حیوانی در این است که نمی‌توانند تمام جنبه‌های بیماری‌های پیچیده انسانی و شرایط به وجود آمده را شبیه‌سازی کنند؛ زیرا آن‌ها نیز از تمام جهات کاملاً شبیه به انسان نیستند. همچنین از نظر اخلاقی، محدودیت‌هایی در استفاده از حیوانات وجود دارد.
شاید این طور به‌نظر برسد که استفاده از بافت و سلول‌های انسانی به‌عنوان یک مدل برای انجام آزمایشات، راه‌حل بهتری نسبت به روش‌های بالا باشد اما مسائل اخلاقی و کمبود منابع، استفاده از بافت‌های انسانی را به‌عنوان مدل‌های “ in vivo “دشوار می‌کند.
انقلابی در مدلسازی
ایده یک تکنولوژی جدید، یعنی تراشه ۳ بعدی برای شبیه‌سازی تمامی سیستم‌ها، فعالیت‌ها و فرایندهای فیزیولوژیک یک اندام و دستگاه کامل، اولین بار توسط 《دونالد اینگبر و تیمش》 ارائه شد.
تراشه شبیه‌سازی‌کننده بدن، که یکی از چندین فناوری برتر در حال پیشرفت هستند، یک سیستم تقلید‌کننده از اندام‌های فیزیولوژیک مانند کبد، مغز، ریه‌ها، روده‌ها و دیگر اعضای بدن است. این روش می‌تواند برای تولید دارو، شبیه‌سازی بیماری و «پزشکی فرد محور» “Personalized Medicine” مورداستفاده قرار گیرد.
جالب است بدانید همه‌ی این کاربرد‌ها با استفاده از تراشه‌ای به اندازه یک حافظه “USB” انجام می‌شود که ابعادی حدود ۳۵ میلی‌متر طول و ۱۵ میلی‌متر عرض دارد.همانطور که می‌دانید درون بدن، علاوه بر وجود پیچیدگی‌هایی در سطح سلول و محیط خارج سلولی، ارتباط بین اندام‌های مختلف سطح دیگری از پیچیدگی را ارائه می‌دهد.
تکنولوژی شبیه‌سازی اندام‌ها بر روی یک تراشه، سعی دارد حتی این سطح از پیچیدگی را نیز مدلسازی کند که در روش‌های قبلی امکان‌پذیر نبوده‌است.
تراشه‌های تک‌اندام نمی‌توانند پیچیدگی، تغییرات عملکردی و یکپارچگی عملکرد اندام را به‌طور کامل منعکس کنند. “چند اندام روی یک تراشه” که به‌عنوان “انسان روی یک تراشه” نیز نامیده می‌شود؛ امکان وجود اندام‌های متعددی را به‌طور همزمان ممکن می‌سازد. اگرچه مفهوم چند اندام روی یک تراشه در مراحل ابتدایی خود باقی مانده است؛ با این حال پیشرفت‌های عمده‌ای حاصل شده‌است. از جمله طراحی دو اندام، سه اندام، چهار اندام و ده اندام روی یک تراشه.
5 استارت‌آپ برتر حوزه مدلسازی اندام‌های بدن
در اولین جایگاه استارتاپ‌های فعال در حوزه چیپ‌های شبیه‌سازی‌کننده، شرکت اسرائیلی ” Tissue Dynamics ” قرار دارد. محصولات این مجموعه علاوه بر صنایع دارویی در صنایع غذایی و آرایشی بهداشتی نیز استفاد می‌شوند.
دومین جایگاه متعلق به ” Altis Biosystems ” است که در ایالات متحده قرار دارد. تمرکز اصلی این شرکت بر روی ساخت پلتفرمی متشکل از سلول‌های بنیادی برای بازسازی اپیتلیوم روده است. همچنین این شرکت در حوزه تحقیقات دارویی بالینی و تحقیقات میکروبیوم فعالیت دارد.
شرکت بعدی، استارتاپ هلندی”Bi/ond” است که در حوزه ارگانوئیدها فعالیت می‌کند. ارگانوئیدها، نسخه‌های کوچک‌شدۀ اندام‌هایی هستند که معمولاً در شرایط آزمایشگاهی از سلول‌های مشتق‌شده از خود بیمار تولید می‌شوند.
چهارمین جایگاه، متعلق به شرکت ” Netri” است که در کشور فرانسه قرار دارد. حوزه کاری این مجموعه علوم اعصاب بوده و مغز بر روی تراشه را شبیه‌سازی می‌کند. این امر به شرکت‌های داروسازی کمک می‌کند تا “neurodegenerative diseases” را برای کشف دارو مدلسازی کنند. بیماری‌های نورودژنراتیو، بیماری‌هایی که از مرگ سلول‌های عصبی به وجود می‌آیند، که در آن‌ها سلول‌های سیستم عصبی محیطی از کار می‌افتند یا می‌میرند. این اختلالات معمولاً با گذشت زمان بدتر می‌شوند و همچنین ممکن است ژنتیکی باشند یا در اثر تومور یا سکته مغزی ایجاد شوند.
در اخرین جایگاه استارتاپ ” Hesperos” قرار دارد که واقع در ایالات متحده است. بسیاری از بیماری‌ها از جمله لوپوس و 19-COVID بر عضو‌های متعددی تأثیر می‌گذارند. این امر وجود مدل‌هایی را ضروری می‌کند که اندام‌های متعددی را برای درک بهتر پیشرفت بیماری مدلسازی کنند. آن‌ها برای صنایع داروسازی تراشه‌هایی متشکل از چند عضو بر روی یک تراشه را طراحی کرده و از نمونه کار‌های آن‌ها می‌توان تراشه‌هایی شامل دو تا چهار عضو در یک سیستم، از جمله قلب، کبد، اتصال عصبی عضلانی، عضله اسکلتی، نورون و مدل‌های سرطانی را نام برد.
در نهایت این حوزه با توسعه بیشتر می‌تواند به اکتشافات جدید و انقلابی منجر شود. بدن انسان بر روی تراشه را می‌توان یکی از آن‌ها دانست. در بیشتر موارد، دارویی که برای درمان نوع خاصی از بیماری استفاده می‌شود؛ ممکن است به بهبودی اندام خاصی کمک کند. اما عوارض جانبی وجود دارد که ممکن است در سایر اندام‌ها رخ دهد. داشتن مدلی از بدن انسان که می‌تواند به آزمایش‌های حیوانی پایان دهد و نتیجه قابل‌اعتماد‌تری را ارائه کند و این به معنای افزایش سرعت در صنعت داروسازی می‌باشد.
نویسنده: زهرا جهان‌بخش
تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران
