ابتکاری جدید در مقابله با کروناویروس

خراسان رضوی در ابتداء شیوع بیماری همه گیر کووید-۱۹، خیلی از تولیدکنندگان سراسر جهان از چاپگرهای سه بعدی خود برای کمک به بیمارستان ها استفاده کردند. افراد و گروه های غیرحرفه ای و متخصص به صورت یکسان محافظ صورت، ماسک و ونتیلاتور با چاپ سه بعدی ارائه کردند. در آزمایشگاه ها، مهندسان بافت اندامی مانند ریه ها و رگ های خونی چاپ کردند تا اثرات مخرب این بیماری همه گیر را بررسی نمایند.
به گزارش هیومن نیوز، در سانفرانسیسکو امریکا هم گروهی از دانشمندان از فناوری چاپ سه بعدی استفاده کردند و سیستم ایمنی عملکردی کاملی را چاپ کردند. محققان شرکت بیوتکنولوژی پرلیس بایولوژیست (Prellis Biologics ) سیستمی کاملا مصنوعی از گره های لنفاوی (اندام های کوچک اما قدرتمند در خط مقدم سیستم ایمنی بدن که در پاسخ به عفونت آنتی بادی تولید می کنند) را با کمک چاپ سه بعدی ایجاد کردند که می تواند تعداد زیادی آنتی بادی طی چند هفته برای مقابله با سارس-کوو-۲(SARS-CoV۲) بدون نیاز به میزبان زنده تولید کنند.
تحقیقات کووید-۱۹نقش اساسی سیستم ایمنی بدن را در درمان و پیش گیری از بیماری خصوصاً توانایی سیستم ایمنی در خنثی کردن میزبان های نگهبان مولکولی معروف به آنتی بادی را نشان داده اند. تزریق آنتی بادی ضد انواع مختلف پاتوژن ها توانایی کمک به مقابله با عفونت فعال و جلوگیری از آنرا در آینده ایجاد می کنند.
اما به دست آوردن آنتی بادی مشکل است. باآنکه می توان آنها را در آزمایشگاه پرورش داد اما انجام این کار یک فرایند طولانی است که شامل یافتن ژن های کد کننده آنتی بادی ها و سپس همکاری سلول ها برای تولید انبوه آن هاست. بیشتر اوقات، آنتی بادی از پلاسمای خون افرادی که از عفونت بهبود یافتند، ناشی می شود و به سخاوت اهداکنندگان انسانی سالم متکی است. با وجود این، ممکنست آنتی بادی های برداشت شده نوع مناسبی نباشند. در مورد بیماری همه گیر کووید-۱۹زمان بسیار مهم می باشد و علم نمی تواند زمان ایجاد کند.
سیستم ایمنی بدن چتری برای انواع سلول ها و اندام های مختلف مانند طحال، لوزه ها و مغز استخوان است که در مبارزه با عوامل بیماری زا نقش دارند. با بهره گیری از پیشرفت های اخیر در چاپ سه بعدی، پرلیس راهی پیدا کرده که این سیستم را به چند عنصر اساسی تبدیل کند که بتواند از بدن خارج و روی نیمکت آزمایشگاه قرار دهد. اگر بتوان از آن برای تولید انواع آنتی بادی ها در مقیاس بزرگ استفاده کرد، می توان ابزاری ارزشمندی را برای دورنگه داشتن همه گیری فعلی و همه گیری های آینده فراهم نمود.
احیانا تا زمانی که بیمار نباشید به فکر غدد لنفاوی خود نیستید و در زمان بیماری آنها چنان دردناک و متورم می شوند که دیگر نمی توانید به چیز دیگری فکر کنید. این اندام های لوبیایی شکل، نیروگاه های ایمنی هستند که به صورت راهبردی در سراسر بدن شما مستقر شدند و آنتی بادی های لازم برای مبارزه با عفونت را منتقل می کنند. نسخه های مصنوعی می توانند از توانایی های آنها تقلید کرده و به ابزاری قدرتمند دراین زمینه تبدیل شوند، اما به سبب تفکیک مکانی و وابستگی آنها به ورودی های خیلی از دیگر قسمت های بدن ساخت آنها در آزمایشگاه بسیار دشوار است.
بیشتر بافت ها فقط در دو بعد رشد می کنند. در سال ۱۹۷۵جیمز راینوالد، دکترای علوم پزشکی و هوارد گرین، دکترای زیست شناسی موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با بهره گیری از عوامل رشد و برخی سلول های گرفته شده از بیوپسی (نمونه برداری) پوست انسان طی چند هفته در یک ظرف ساده آزمایشگاهی ورقه های ظریف پوست کاملا منسجم ایجاد کردند که آغاز تولید بافت مدرن بود. طی سال ها این فرایند از ظرف خارج شده و به دستگاه های تولیدی پیشرفته تبدیل گشته است. امروزه مهندسان زیستی در حال کشف پتانسیل جدید و مهیج در جوهرهای مشتق شده از سلول های بنیادی و ماشین آلات پیچیده چاپگرهای سه بعدی هستند. کشت سلول ها در فضای دوبعدی ظرف هنوز هم در اغلب تحقیقات اولیه دارویی و زیست پزشکی روشی استاندارد است.
اگر هدف، سنتز اندام مانند گره لنفاوی باشد ظرف کافی نیست. هر باغبان ماهری می تواند به شما بگوید که اگر در گلدان بذری بکاری تلفیقی از خاک، نور خورشید و آب باعث رشد آن می شود. اندام های ما هم به همین روش کار می کنند؛ آنها نه فقط به خاک سلولی خوب بلکه به فضای انشعاب از همه جهات برای رسیدن به پتانسیل کامل خود احتیاج دارند، آنها غیر از کف به داربست و فضای بیشتر هم برای رشد نیاز دارند.

دکتر دیپاک لامبا دانشیار چشم پزشکی از دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو که آزمایشگاه وی درحال توسعه مدلهای سه بعدی شبکیه چشم برای بیماری های نادر چشم است، می گوید: “تعدادی از تحقیقات در رده سلول های کلاسیک و مطالعات حیوانی در آزمایش های بالینی به سبب این تفاوت ها ناکام مانده اند.”
ملانی ماتئو، دکترای علوم پزشکی که هم اکنون برای اظهارنظر در دسترس نبود، با کمک چاپ Prellis Biologics در سال ۲۰۱۶، باهدف چاپ بافت های انسانی برای تحقیقات و اعضای قابل پیوند برای بیماران انسانی به خوبی با این چالش ها آشناست. همانطور که وی در ماه آوریل به مرکز IndieBio ( شرکت سرمایه گذاری و شتاب دهنده فعالیت بیوتکنولوژی مستقر در سان فرانسیسکو که در ابتدا به سرمایه گذاری کمک کرد) توضیح داد که سال ها در مورد سیستم لنفاوی و نحوه تلاقی ساختار و عملکرد آنرا برای ایجاد یک پاسخ ایمنی بهینه تحقیق کرده است.
برای حل مشکل ساختار هنگام ساخت ارگان به صورت سه بعدی لازم است که با یک داربست خوب شروع کنید. هرچه داربست با جزئیات بیشتری عرضه شود، می تواند به شکل طبیعی اندام همراه با اتصالات آن با سایر بافت ها و اندام ها نزدیک تر باشد و عملکرد آنرا تقلید کند. توجه پرلیس به این جزئیات سبب می شود تلاش قبلی برای ایجاد مجدد غدد لنفاوی با آزمایشگاه های دیگر افزایش یابد.
افراد معمولا می گویند: ” شما آنتی بادی مثبت دارید بدین سبب باید ایمن باشید. این گفته ممکنست درست باشد یا نباشد. “
تعداد انگشت شماری از دانشمندان مطالعاتی برای اثبات این مفهوم منتشر نموده اند که نشان میدهد امکان تقلید از غدد لنفاوی در آزمایشگاه وجود دارد و اغلب با رشد سلول های ایمنی روی پلیمرهای ژلاتینی که تا حدودی تقریبی از غدد لنفاوی واقعی هستند امکان پذیر است اما این مورد شامل چاپ سه بعدی گره های لنفاوی نیست. اغلب این تقلیدها قادر به تولید آنتی بادی های عملکردی در انواع مختلفی که در موارد بالینی مفید باشند، نیستند.
روش پرلیس با تاکید بر داربست های دقیق امکان رشد اندام هایی را فراهم می آورد که غنی از رگ های خونی هستند؛ توانایی بازآفرینی ساختارهای پیچیده مانند رگ ها و مویرگ ها، ماده اصلی در ساختن غدد لنفاوی مصنوعی که شامل مش های ظریف عروق و مجاری باشد و قابلیت آزادسازی عوامل بیماری زا و تولید آنتی بادی داشته باشد. در سال ۲۰۱۷، پرلیس شبکه ای از صدها گره لنفاوی را که با خون از یک اهداءکننده سالم تأمین می شود را چاپ کرد تا آنتی بادی ضد ویروس زیکا انسانی تولید نماید.
آنان هنگامی که غدد لنفاوی را در معرض سارس-کوو-۲ قراردادند طی چند هفته صدها آنتی بادی بالقوه تولید و با همان سیستم ایمنی مصنوعی موفقیت مشابهی کسب کردند. این فرآیند ازلحاظ نظریه می تواند به سرعت مقیاس بندی شود و آنتی بادی هایی جهت استفاده مستقیم برای درمان یا تحقیق ایجاد کند.

در ماه مه، پرلیس در حال آماده سازی بود تا دریابدکه آنتی بادی های تازه کشف شده آنان در کشت سلول (یک قدم تا آزمایش های بالینی فاز یک) چگونه عمل می کند. این شرکت نشان داده است که این غدد لنفاوی مصنوعی می توانند تعداد زیادی آنتی بادی ایجاد کنند، اما پیش از آزمایش این آنتی بادی ها بر روی حیوانات و انسان پرلیس باید نشان دهد که آنتی بادی ها می توانند به صورت موثر در سلول ها به ویروس متصل شوند. همینطور باید هرگونه عوارض جانبی احتمالی را هم مشخص نماید.
وجود تعداد زیادی آنتی بادی قابل دسترس می تواند توسعه روش های درمانی را به نفع بیماران تسریع کند. اما پاسخ ایمنی به تولید آنتی بادی ختم نمی گردد و ممکنست علت این که بیماری برخی افراد از دیگران سخت تر است یا اصلا علائمی ندارند را هم توضیح دهد. آنتی بادی ها متفاوت هستند و وجود هر نوع در خون، در مورد عفونت شما به پزشک موردی را بیان کند، ازجمله اینکه آیا بهبود یافتید یا سیستم ایمنی بدن شما هنوز با عامل بیماری زا مقابله می کند.
این سیستم صدها نوع از آنتی بادی IgG را ساخته است. بیشتر آزمایش ها و درمان های آنتی بادی بر روی این نوع آنتی بادی ها متمرکز هستند، اما دانشمندان درک نقش بزرگتری برای انواع دیگر آنتی بادی ها در پاسخ کلی ایمنی خصوصاً در تنوع گسترده بین گروه های مختلف بیمار و شدت علایم آنان را هم بررسی می کنند.
نکته مهم نه فقط در تعداد آنتی بادی ها، بلکه در آنچه بعنوان ظرفیت خنثی سازی شناخته می شود(توانایی آنتی بادی های فرد برای جلوگیری از عفونت ویروسی) هم است. کارهای مقدماتی میکروبیولوژیست دکتر کنت استپلفورد و گروه وی در دانشگاه نیویورک امریکا نشان میدهد که ظرفیت خنثی سازی می تواند از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت باشد و نه فقط پاسخ فوری به عفونت ویروسی بلکه ایمنی طولانی مدت را هم تحت تأثیر قرار دهد.
وی اظهار داشت: “برای مصونیت در مقابل عامل بیماری زا ممکنست فقط به مقدار کمی آنتی بادی یا شاید به یک تن آنتی بادی نیاز داشته باشید. بااین حال، موارد زیادی وجود دارد که شامل این مقدار، نوع و محل اتصال آنتی بادی به ویروس می شود. “
IgG معمولا ازنظر درمانی واحد منفرد آنتی بادی معرفی می شود چونکه فراوان ترین مولفه پاسخ ایمنی است و با شدت بیشتری به اهداف خود حمله می کند. وی اصرار کرد که مصونیت چیزی فراتر از بازی اعداد است.
استپلفورد خاطرنشان می کند: “ما و دیگران دریافتیم که فقط IgG محافظت ایجاد نمی کند و نتایج تحقیقات اولیه بر روی گروهی از افرادی که اخیرا از بیماری کووید۱۹ بهبودیافته بودند نشان داد، افرادی که بالاترین ظرفیت خنثی سازی رادارند کسانی هستند که طیف گسترده ای از آنتی بادی ها رادارند.
این یک موازنه حساس برای ایجاد آنتی بادی در آزمایشگاه خواهد بود، اما اگر تنوع واقعا کلید بهبود و مصونیت طولانی مدت باشد این توازن مهم می باشد. گره های لنفاوی پرلیس می توانند دقیقا نوع تطبیق پذیری لازم برای کشف این تغییرات ظریف را عرضه کنند.
درحالی که بیشتر روش های درمانی از چند آنتی بادی جداشده تولید می شود، سیستم پرلیس کل پاسخ ایمنی را دارد و این به عهده محققان است که بخواهند بیشتر بر روی کدام عناصر تمرکز کنند. مواد اولیه برای گره های لنفاوی به محققان بینش گسترده ای در مورد پاسخ ایمنی در مورد افراد بدون علامت و یا حتی با سویه های مختلف ویروس عرضه نماید.
درحالی که آنتی بادی های سارس-کوو-۲ هنوز به مرحله بالینی نرسیدند، این فناوری می تواند پلی بسیار باارزش بین آزمایشگاه و کلینیک باشد چونکه دانشمندان و متخصصان پزشکی تلاش می کنند تا بر همه گیر کنونی حاکم و برای مورد بعدی آماده شوند.

منبع: عاشق وب