چگونه با مهندسی بافت یک آزمایشگاه تشخیصی در داخل بدن انسان ایجاد کنیم؟

آرون موریس، مهندس ایمنی شناسی می‌گوید: ما به یک رویکرد تمام و کمال برای نحوه تشخیص بیماری، نیاز داریم. وی با معرفی تحقیقات پزشکی پیشرفته، از فناوری کاشت، پرده برداشت که به صورت مداوم سلامت بیمار را در سطح مولکولی تجزیه و تحلیل می‌کند. موریس می گوید: «ما در داخل بدن شما یک آزمایشگاه تشخیصی ایجاد می‌کنیم» و این امر ممکن است که راه را برای تشخیص و درمان بیماری بهتر و سریعتر از همیشه هموار کند.

در حال حاضر، اگر شخصی بیمار شود، بیماری‌اش را با انجام نمونه‌برداری تشخیص می‌دهیم این کار با بیرون آوردن بافت از بدن بیمار، جایی که بتوانیم ببینیم، انجام می‌شود. ما اینکار را زمانی انجام می‌دهیم که مشکوک به رشد سلول‌های سرطانی باشیم. متاسفانه، این کار همیشه جواب نمی‌دهد به دلیل دو مشکل بزرگ. اول اینکه برخی بافت‌ها، مانند مغز یا نخاع قابل نمونه‌برداری نیستند. و دوم اینکه، پزشکان اغلب نمی‌دانند که کدام بافت دچار مشکل شده است، نمی‌دانند که از چه نمونه‌برداری کنند. تاکنون ما تشخیص را با استفاده از آزمایشات خارج از بدن بیمار مانند ام‌آرآی یا آزمایش خون انجام داده‌ایم. این‌ها یک نمای کلی از وضعیت سلامت بیمار می‌دهند، اما نمی‌توانند تغییرات مولکولی و سلولی را ببینند که در بافت‌ها اتفاق می‌افتد، و بطور قطع نمی‌توانند اطلاعات کافی برای درمان قبل از بروز علائم ارائه دهند. این باعث تاسف است زیرا که همین تغییرات نامرئی است که در نهایت موجب بیماری می‌شود. ناتوانی ما در سنجش این تغییرات منجر به اختلاف بین آنجه در آزمایش می‌بینیم و آنچه در بدن بیمار اتفاق می‌افتد، می‌شود.

به عنوان مثال بیایید تصلب بافت چندگانه را در نظر بگیریم. در بیماری اِم اِس، که بیماری خودایمنی است، سیستم ایمنی به دوبافت خاص حمله می‌کند: مغز و نخاع، که منجر به آسیب و در برخی موارد فلج می‌شود. حال بدیهی است‌که نمی‌توانیم بانمونه‌برداری معمول از مغز افراد، ام اس را تشخیص دهیم، جایی که سلول‌های القاکننده بیماری فراوان و فعال وجود داشته باشد. و نمی‌توانیم آن را با آزمایش خون تشخیص دهیم چون سلول‌های به وجود آورنده ام اس در خون بسیار نادر و غیرفعال هستند که ما به راحتی نمی‌توانیم ببینیم. حتی فناوری‌ تصویربرداری ازمغز مثل ام آر آی هم نمی‌تواند اطلاعات مورد نیاز ما را برای پیشگیری از ام اس فراهم کند.

پس باید در دیدگاه خود تجدید نظر کنیم. من و همکارانم در دانشگاه میشیگان تصمیم گرفتیم همین کار را انجام دهیم. به جای اتخاذ رویکرد بیرونی در تشخیص، ما رویکرد درون به بیرون را در پیش گرفتیم. ما در حال ایجاد پایگاه‌های قابل کشت هستیم که شباهت زیادی به پایگاه‌های درون بدن انسان دارد، و چشم‌انداز ما را با دسترسی همگام‌شده به اطلاعات مولکولی و سلولی در مورد بافت‌های بیمار ارتقا می‌بخشد. این چشم‌انداز ما را قادر به پیش‌بینی زمان شروع بیماری می‌کند و حتی روش‌های درمانی که احتمال موثر بودن در بیمار دارد را تشخیص می‌دهد.

خوب حالا این رویکرد درون به بیرون شبیه چیست؟ قدم اول مهندسی بافت‌های جدید زیر پوست است. این بافت‌ها شباهت زیادی به دیگر پایگاه‌های غیرقابل دسترسی بدن دارند، مثل مغز یا ریه‌ها. با کاشتن یک دیسک پلاستیکی متخلخل با مواد زیستی مورد تایید اف دی ای، می‌توانم ازپاسخ‌های طبیعی بدن استفاده کنم و به سلول‌ها اجازه مهاجرت به دیسک دهم، آنها در آن مکان زنده مانده و بافت تشکیل می‌دهند. در نهایت ما با یک بافت مهندسی‌شده روبرو می‌شویم با سلول‌های ایمن شده یکپارچه، فقط سول‌هایی که ما برای تشخیص نیاز داریم. اگرچه این سلول‌ها پیچیده و بصورت مزمن ملتهب هستند، اما بی‌ضررند و بعد از چند هفته، نامحسوس می‌شوند. بافت‌های مهندسی شده ما شامل اطلاعاتی هستند که در خون نمی‌توان یافت، کمک می‌کنند که براین خلا پل بزنیم بین چیزی که در آزمایشات سنتی قابل مشاهده است و تغییرات سلولی که می‌دانیم در حال وقوع در بیماری است.

قدم دوم خواندن این علائم است. حال می‌توانم یک نمونه‌برداری از بافت مهندسی شده داشته باشم و آزمایش کنم زیرا من آنها را در زیر پوست قابل دسترسی کرده‌ام. اما یقینا بهتر خواهد بود اگر بتوانیم یک سنسور را بطور غیرتهاجمی جا بدهیم و بخوانیم. طی یک دهه آینده، فناوری‌های همگرا بطور سریع قابلیت تشخیص در چنین کاشتی را خواهند داشت با استفاده از ردیاب‌های ساده، مانند کاف فشار خون یا ساعت‌های هوشمند که اینکار را می‌کنند. مکانیسم تشخیص و پایش بیماری می‌تواند به سادگی باز کردن یک برنامه در تلفن همراه شما مثل کندی کراش باشد.

قدم سوم استفاده از پهنه بزرگی از دانش است در رشته‌هایی مثل مهندسی و علم مواد تا این کاشت‌ها و توانایی ما برای خواندن داده‌ها ارتقا پیدا کند. سرانجام، ده‌ها، اگر نه صدها بافت مهندسی شده فردی با سنسورهای یکپارچه ممکن است قابل کاشت با یک برنامه ساده باشند.

این رویکرد تشخیص مطمئناً غیرمتعارف بوده، اما قوی است. من و همکارانم از آن استفاده می‌کنیم تا مدل‌های سرطان‌های متاستاتیک، دیابت نوع ۱، اِم اِس و رد پیوند اعضا را تشخیص دهیم. اما این شروع کار از آن چیزی است که می‌توانیم ببینیم. ما به ارتقای آن ادامه می‌دهیم، ما قادر خواهیم بود تا به واقع یک آزمایشگاه تشخیص درون بدن شما ایجاد کنیم که دائما سلامت شما را تحلیل می‌کند. با تغییر دیدگاهمان که در بیماران چه اشتباهی رخ می‌دهد، ما قادر به تشخیص و درمان بهتر بیماری سریع‌تر از قبل خواهیم بود. اگر مایلید در دیدگاه خود تجدید نظر کنید، ممکن است از آنچه به چشم می‌آید شگفت‌زده شوید.