إن قدرة جسم الإنسان على تجديد الأنسجة والأعضاء غير فعالة للغاية ، ويمكن أن يحدث فقدان الأنسجة والأعضاء البشرية بسهولة بسبب أشياء مثل العيوب الخلقية والأمراض والصدمات المفاجئة. عندما تموت الأنسجة (تسمى النخر) ، لا يمكن إعادتها إلى الحياة - إذا لم يتم إزالتها أو إصلاحها يمكن أن تؤثر على مناطق أخرى من الجسم ، مثل الأنسجة المحيطة والأعضاء والعظام والجلد.
هذا هو المكان الذي تكون فيه هندسة الأنسجة مفيدة. باستخدام المواد الحيوية (المادة التي تتفاعل مع أنظمة الجسم البيولوجية مثل الخلايا والجزيئات النشطة) ، يمكن إنشاء أنسجة وظيفية للمساعدة في استعادة الأنسجة والأعضاء البشرية التالفة أو إصلاحها أو استبدالها.
كافان إيماجيس / جيتي إيماجيسلمحة تاريخية
تعد هندسة الأنسجة مجالًا جديدًا نسبيًا في الطب ، حيث بدأت الأبحاث فقط في الثمانينيات. قدم مهندس بيولوجي وعالم أمريكي يدعى Yuan-Cheng Fung اقتراحًا إلى مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) لمركز أبحاث مخصص للأنسجة الحية. أخذ فونج مفهوم الأنسجة البشرية ووسعه ليطبق على أي كائن حي بين الخلايا والأعضاء.
بناءً على هذا الاقتراح ، صنفت مؤسسة العلوم الوطنية مصطلح "هندسة الأنسجة" في محاولة لتشكيل مجال جديد للبحث العلمي. أدى ذلك إلى تشكيل جمعية هندسة الأنسجة (TES) ، والتي أصبحت فيما بعد الجمعية الدولية لهندسة الأنسجة والطب التجديدي (TERMIS).
يعزز TERMIS كلاً من التعليم والبحث في مجال هندسة الأنسجة والطب التجديدي. يشير الطب التجديدي إلى مجال أوسع يركز على كل من هندسة الأنسجة وكذلك قدرة الجسم البشري على الشفاء الذاتي من أجل استعادة الوظيفة الطبيعية للأنسجة والأعضاء والخلايا البشرية.
الغرض من هندسة الأنسجة
هندسة الأنسجة لها وظائف رئيسية قليلة في الطب والبحوث: المساعدة في إصلاح الأنسجة أو الأعضاء بما في ذلك إصلاح العظام (الأنسجة المتكلسة) ، وأنسجة الغضاريف ، وأنسجة القلب ، وأنسجة البنكرياس ، والأنسجة الوعائية. يجري المجال أيضًا أبحاثًا حول سلوك الخلايا الجذعية. يمكن أن تتطور الخلايا الجذعية إلى أنواع مختلفة من الخلايا وقد تساعد في إصلاح مناطق من الجسم.
يسمح مجال هندسة الأنسجة للباحثين بإنشاء نماذج لدراسة الأمراض المختلفة ، مثل السرطان وأمراض القلب.
تسمح الطبيعة ثلاثية الأبعاد لهندسة الأنسجة بدراسة هندسة الورم في بيئة أكثر دقة. توفر هندسة الأنسجة أيضًا بيئة لاختبار عقاقير جديدة محتملة لهذه الأمراض.
كيف تعمل
عملية هندسة الأنسجة عملية معقدة. يتضمن تكوين نسيج وظيفي ثلاثي الأبعاد للمساعدة في إصلاح واستبدال وتجديد نسيج أو عضو في الجسم. للقيام بذلك ، يتم دمج الخلايا والجزيئات الحيوية مع السقالات.
السقالات هي هياكل اصطناعية أو طبيعية تحاكي الأعضاء الحقيقية (مثل الكلى أو الكبد). ينمو النسيج على هذه السقالات لتقليد العملية البيولوجية أو البنية التي يجب استبدالها. عندما يتم بناء هذه الأنسجة معًا ، يتم تصميم الأنسجة الجديدة لتكرار حالة الأنسجة القديمة عندما لم تتضرر أو تكون مريضة.
السقالات والخلايا والجزيئات الحيوية
يمكن بناء السقالات ، التي يتم إنشاؤها عادة بواسطة خلايا في الجسم ، من مصادر مثل البروتينات في الجسم ، أو البلاستيك من صنع الإنسان ، أو من سقالة موجودة ، مثل تلك الموجودة في عضو متبرع. في حالة العضو المتبرع ، سيتم دمج السقالة مع خلايا من المريض لصنع أعضاء أو أنسجة قابلة للتخصيص والتي من المحتمل في الواقع أن يرفضها الجهاز المناعي للمريض.
بغض النظر عن كيفية تكوينه ، فإن هيكل السقالة هذا هو الذي يرسل الرسائل إلى الخلايا التي تساعد في دعم وظائف الخلايا في الجسم وتحسينها.
يعد انتقاء الخلايا الصحيحة جزءًا مهمًا من هندسة الأنسجة. هناك نوعان رئيسيان من الخلايا الجذعية.
نوعان رئيسيان من الخلايا الجذعية
- الخلايا الجذعية الجنينية: تنشأ من الأجنة ، عادة في البويضات التي تم تخصيبها في المختبر (خارج الجسم).
- الخلايا الجذعية البالغة: توجد داخل الجسم بين الخلايا العادية - يمكن أن تتكاثر عن طريق الانقسام الخلوي لتجديد الخلايا والأنسجة المحتضرة.
يوجد حاليًا الكثير من الأبحاث التي يتم إجراؤها على الخلايا الجذعية متعددة القدرات أيضًا (الخلايا الجذعية البالغة التي يتم تحفيزها على التصرف مثل الخلايا الجذعية الجنينية). من الناحية النظرية ، هناك إمداد غير محدود من الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، ولا ينطوي استخدامها على مسألة تدمير الأجنة البشرية (مما يسبب مشكلة أخلاقية أيضًا). في الواقع ، أصدر الباحثون الحائزون على جائزة نوبل نتائجهم حول الخلايا الجذعية متعددة القدرات واستخداماتها.
بشكل عام ، تشتمل الجزيئات الحيوية على أربع فئات رئيسية (على الرغم من وجود فئات ثانوية أيضًا): الكربوهيدرات ، والدهون ، والبروتينات ، والأحماض النووية. تساعد هذه الجزيئات الحيوية في تكوين بنية الخلية ووظيفتها. تساعد الكربوهيدرات أعضاء مثل الدماغ والقلب على أداء وظائفها بالإضافة إلى تشغيل الأنظمة مثل الجهاز الهضمي والجهاز المناعي.
توفر البروتينات أجسامًا مضادة للجراثيم بالإضافة إلى الدعم الهيكلي وحركة الجسم. تحتوي الأحماض النووية على DNA و RNA ، مما يعطي معلومات وراثية للخلايا.
الاستخدام الطبي
لا تستخدم هندسة الأنسجة على نطاق واسع في رعاية المرضى أو علاجهم. كان هناك عدد قليل من الحالات التي استخدمت هندسة الأنسجة في ترقيع الجلد وإصلاح الغضاريف والشرايين الصغيرة والمثانة في المرضى. ومع ذلك ، فإن الأعضاء الأكبر حجمًا المصممة للأنسجة مثل القلب والرئتين والكبد لم يتم استخدامها في المرضى حتى الآن (على الرغم من أنها تم إنشاؤها في المختبرات).
بصرف النظر عن عامل الخطر لاستخدام هندسة الأنسجة في المرضى ، فإن الإجراءات مكلفة للغاية. على الرغم من أن هندسة الأنسجة مفيدة عندما يتعلق الأمر بالبحوث الطبية ، لا سيما عند اختبار تركيبات الأدوية الجديدة.
يساعد استخدام الأنسجة الحية والفعالة في بيئة خارج الجسم الباحثين على تحقيق مكاسب في الطب الشخصي.
يساعد الطب المخصص على تحديد ما إذا كانت بعض الأدوية تعمل بشكل أفضل لبعض المرضى بناءً على تركيبتهم الجينية ، فضلاً عن تقليل تكاليف التطوير والاختبار على الحيوانات.
أمثلة على هندسة الأنسجة
يتضمن أحد الأمثلة الحديثة لهندسة الأنسجة التي أجراها المعهد الوطني للتصوير الطبي الحيوي والهندسة الحيوية هندسة نسيج كبد بشري يُزرع بعد ذلك في فأر. نظرًا لأن الفأر يستخدم كبده ، فإن أنسجة الكبد البشرية تستقلب الأدوية ، محاكية كيفية استجابة البشر لبعض الأدوية داخل الفأر. يساعد هذا الباحثين في معرفة التفاعلات الدوائية المحتملة التي قد تحدث مع دواء معين.
في محاولة لتصميم الأنسجة باستخدام شبكة مدمجة ، يقوم الباحثون باختبار طابعة من شأنها أن تصنع شبكة تشبه الأوعية الدموية من محلول السكر. يتشكل المحلول ويتصلب في الأنسجة المهندسة حتى يضاف الدم إلى العملية ، ويتنقل عبر القنوات التي من صنع الإنسان.
أخيرًا ، يعد تجديد كلى المريض باستخدام خلايا المريض مشروعًا آخر للمعهد. استخدم الباحثون خلايا من أعضاء متبرع للاندماج مع الجزيئات الحيوية وسقالة الكولاجين (من العضو المتبرع) لتنمية أنسجة كلية جديدة.
تم بعد ذلك اختبار أنسجة هذا العضو من أجل أداء وظيفتها (مثل امتصاص العناصر الغذائية وإنتاج البول) في الخارج ثم داخل الفئران. التقدم في هذا المجال من هندسة الأنسجة (والذي يمكن أن يعمل أيضًا بشكل مشابه لأعضاء مثل القلب والكبد والرئتين) يمكن أن يساعد في نقص المتبرعين وكذلك تقليل أي أمراض مرتبطة بتثبيط المناعة في مرضى زرع الأعضاء.
كيف ترتبط بالسرطان
يعد نمو الورم النقيلي أحد الأسباب التي تجعل السرطان سببًا رئيسيًا للوفاة. قبل هندسة الأنسجة ، لم يكن من الممكن إنشاء بيئات الورم إلا خارج الجسم في شكل ثنائي الأبعاد. الآن ، البيئات ثلاثية الأبعاد ، بالإضافة إلى تطوير واستخدام بعض المواد الحيوية (مثل الكولاجين) ، تسمح للباحثين بالنظر إلى بيئة الورم وصولاً إلى البيئة المكروية لخلايا معينة لمعرفة ما يحدث للمرض عند تغيير تركيبات كيميائية معينة في الخلايا .
وبهذه الطريقة ، تساعد هندسة الأنسجة الباحثين على فهم كل من تطور السرطان وآثار بعض الأساليب العلاجية على المرضى الذين يعانون من نفس النوع من السرطان.
بينما تم إحراز تقدم في دراسة السرطان من خلال هندسة الأنسجة ، يمكن أن يتسبب نمو الورم غالبًا في تكوين أوعية دموية جديدة. هذا يعني أنه حتى مع التطورات التي حققتها هندسة الأنسجة في أبحاث السرطان ، قد تكون هناك قيود لا يمكن إزالتها إلا عن طريق زرع الأنسجة المهندسة في كائن حي.
مع السرطان ، يمكن أن تساعد هندسة الأنسجة في تحديد كيفية تشكل هذه الأورام ، وكيف يجب أن تبدو التفاعلات الطبيعية للخلايا ، وكذلك كيف تنمو الخلايا السرطانية وتنتشر. يساعد هذا الباحثين على اختبار الأدوية التي ستؤثر فقط على الخلايا السرطانية ، على عكس العضو أو الجسم بالكامل.
