نمو الأعضاء هو مجال بحثي رائد يهدف إلى زراعة أعضاء وخلايا بشرية سليمة في المختبر لزرعها في جسم الإنسان.
يحمل هذا المجال وعدًا هائلاً لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض الخطيرة، بما في ذلك الأمراض المزمنة والإصابات الشديدة والعيوب الخلقية.

فكرة زراعة أعضاء بشرية في المختبر موجودة منذ سنوات عديدة، ولكن فقط في السنوات الأخيرة حدث تقدم كبير في هذا المجال.
تميزت البداية بمحاولات زراعة خلايا فردية في المختبر، ثم تقدم العلماء لاحقًا إلى زراعة أنسجة بسيطة.
حدث اختراق كبير في هندسة الأنسجة في التسعينيات. تم اختراع الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها في عام 1984 (الطباعة التجسيمية، تشارلز هال)، وتم عرض طباعة الخلايا الحية (الطباعة الحيوية) لأول مرة في عام 2003. سمح الجمع بين هذه التقنيات بإنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا.

هندسة الأنسجة:

تركز هذه التقنية على زراعة الخلايا البشرية على سقالات ثلاثية الأبعاد، مع إنشاء بنية ووظيفة تشبه الأعضاء. تتم هذه العملية بعدة مراحل:

اختيار الخلايا: يتم أخذ خلايا بشرية مناسبة من مصادر مختلفة، مثل خزعة من المريض، أو خلايا جذعية، أو خلايا جنينية.
تكاثر الخلايا: تتكاثر الخلايا في المختبر تحت ظروف خاضعة للرقابة.
السقالة: إنشاء سقالة ثلاثية الأبعاد من مواد بيولوجية أو اصطناعية، تعمل كقاعدة لنمو النسيج.
البذر: يتم وضع الخلايا على السقالة.
النضج: تهيئة الظروف المثلى لنمو النسيج، مع توفير المواد الغذائية والأكسجين.
الزرع: بعد أن ينمو النسيج ويتطور بشكل كافٍ، يمكن زرعه في جسم المريض.

تتيح هندسة الأنسجة زراعة مجموعة واسعة من الأنسجة، بما في ذلك:

الجلد: لعلاج الحروق والجروح المزمنة والجراحات التجميلية.
العظام: لعلاج الكسور والإصابات والجراحات العظمية.
العضلات: لعلاج إصابات العضلات وضمور العضلات وتفكك العضلات.
الغضاريف: لعلاج التهاب المفاصل وإصابات الغضاريف والجراحات العظمية.
الأوعية الدموية: لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية وزراعة الأعضاء والجراحات المعقدة.

التحديات الرئيسية في مجال هندسة الأنسجة:

إنشاء الأوعية الدموية: توفير الأكسجين والمواد الغذائية لجميع أجزاء النسيج أمر حيوي لنجاحه.
التكامل العصبي: إنشاء اتصال عصبي سليم بين النسيج المزروع وجسم المريض.
الرفض المناعي: منع رفض النسيج المزروع من قبل جهاز المناعة في الجسم.

الطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء:

تتيح هذه التقنية الرائدة إنشاء أعضاء اصطناعية عن طريق طباعة الخلايا البشرية والمواد البيولوجية. تتم عملية الطباعة في طبقات، باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد خاصة.

مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد:

الدقة: إنشاء أعضاء ذات بنية معقدة ودقيقة.
التخصيص: طباعة أعضاء مخصصة للمريض، باستخدام خلاياه.
التوفر: إمكانية زيادة المعروض من الأعضاء المتاحة للزرع.

التحديات الرئيسية في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد:

المواد: تطوير مواد بيولوجية مناسبة للطباعة وللوظيفة الطبيعية للعضو.
الأوعية الدموية: إنشاء نظام وعائي دموي فعال داخل العضو المطبوع.
النضج: تهيئة الظروف المثلى لتطور النسيج المطبوع.

زراعة الخلايا الجذعية:

الخلايا الجذعية هي خلايا غير متمايزة ذات قدرة عالية على التمايز. يمكن لهذه الخلايا أن تتطور إلى مجموعة واسعة من أنواع الخلايا، مما يجعلها حلاً محتملاً لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض.

التحديات التي تواجه المجال:

هندسة الأنسجة المعقدة: إنشاء أعضاء ذات وظيفة كاملة، مثل نظام الأوعية الدموية والأعصاب. حتى الآن، تمكن العلماء من زراعة أعضاء بسيطة نسبيًا فقط، ولا تزال الطريقة لإنشاء أعضاء معقدة ذات وظيفة كاملة مفقودة.
الرفض المناعي: منع رفض العضو المزروع من قبل جهاز المناعة في الجسم. الحل المحتمل لهذه المشكلة هو زراعة أعضاء من خلايا متوافقة وراثيًا مع المريض، أو استخدام أدوية مثبطة للمناعة.
الضمانات الأخلاقية: تثير زراعة الأعضاء البشرية في المختبر أسئلة أخلاقية معقدة، مثل:
- تخصيص الأعضاء: كيف سيتم تحديد من سيحصل على العضو المزروع ومن سيبقى على قائمة الانتظار؟
- تسويق الأعضاء: هل ستكون الأعضاء متاحة للجميع، أم فقط لمن يستطيع تحمل تكلفتها؟
- إنشاء "حيوانات أليفة بشرية": هل من المناسب زراعة أعضاء بشرية لزرعها في الحيوانات؟

التقدم العلمي في المجال:

في السنوات الأخيرة، حدث تقدم كبير في مجال نمو الأعضاء. تمكن العلماء من زراعة أعضاء بسيطة نسبيًا في المختبر، مثل المثانة البولية والإحليل، وحتى زرعها بنجاح في المرضى. كما تم تحقيق تقدم كبير في زراعة أنسجة أكثر تعقيدًا، مثل القلب والكبد.

مستقبل نمو الأعضاء:

من المتوقع أن يحدث مجال نمو الأعضاء ثورة في مجال الطب.
في المستقبل، قد يكون من الممكن زراعة أعضاء وخلايا لكل شخص، بشكل مخصص، وبالتالي علاج الأمراض الخطيرة وتحسين جودة حياة الملايين من الناس حول العالم.

تجارب رائدة في المجال:

هندسة الأنسجة:

تمكن فريق من العلماء من جامعة ويك فورست (بقيادة الدكتور أنتوني أتالا) من زراعة مثانة بشرية في المختبر من خلايا المريض نفسه وزرعها بنجاح في المرضى (2006).
تمكن فريق من العلماء من معهد ويك فورست للطب التجديدي (بحث بقيادة الدكتورة أتلانتيدا رايا-ريفيرا، تم إجراؤه في مكسيكو سيتي) من زراعة إحليل بشري في المختبر من خلايا المرضى وزرعه بنجاح في خمسة فتيان (2011).

الطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء:

تمكن فريق من العلماء من معهد وايس في جامعة هارفارد من طباعة أنابيب كلوية بشرية ثلاثية الأبعاد متصلة بأوعية دموية، تحاكي وظيفة الامتصاص للكلية (2019).
تمكن فريق من العلماء من جامعة تل أبيب من طباعة قلب بشري صغير ثلاثي الأبعاد بحجم حبة الكرز، من خلايا مريض. هذا مجرد إثبات للمفهوم: انقبضت الخلايا لكن القلب لم يكن قادرًا بعد على ضخ الدم (2019).
تمكن فريق من العلماء من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) من زراعة عضو رئوي عضوي ثلاثي الأبعاد من الخلايا الجذعية ("رئة على طبق")، وهو هيكل صغير يحاكي الأكياس الهوائية للرئة (هذا نمو من الخلايا، وليس طباعة ثلاثية الأبعاد).

زراعة الخلايا الجذعية:

أجرى فريق من العلماء من اليابان (معهد ريكين، بقيادة الدكتورة ماسايو تاكاهاشي) في عام 2014 أول عملية زرع في العالم لخلايا مشتقة من الخلايا الجذعية المستحثة (iPS) في عين مريض يعاني من الضمور البقعي المرتبط بالعمر (AMD). كان الهدف من التجربة هو اختبار السلامة بشكل أساسي، ونجحت في إيقاف تقدم التدهور (لم يثبت تحسن كبير في الرؤية).
تمكن فريق من العلماء من الولايات المتحدة من زرع خلايا جذعية في مريض يعاني من الشلل في العمود الفقري، بهدف تحسين الوظيفة الحركية.
في الولايات المتحدة (UCSF، بقيادة الدكتورة تيبي ماكنزي)، تم إجراء أول تجربة سريرية في العالم لزرع الخلايا الجذعية في الرحم لأجنة تعاني من مرض الثلاسيميا ألفا الشديد، باستخدام خلايا نخاع عظم الأم. أثبتت التجربة (المرحلة 1) السلامة والجدوى، لكنها لم تؤد إلى علاج كامل للمرض.

.
المراجع:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/