نرخ‌های توسعه پسا صنعتی بشر، یعنی علم و فناوری، آنقدر زیاد است که ۱۰۰ سال پیش قابل تصور نبود. آنچه قبلاً فقط در داستان های علمی تخیلی رایج خوانده می شد، اکنون در دنیای واقعی ظاهر شده است.
سطح توسعه پزشکی در قرن بیست و یکم بالاتر از همیشه است. بیماری هایی که در گذشته کشنده محسوب می شدند امروزه با موفقیت درمان می شوند. با این حال، مشکلات انکولوژی، ایدز و بسیاری از بیماری های دیگر هنوز حل نشده است. خوشبختانه در آینده ای نزدیک راه حلی برای این مشکلات وجود خواهد داشت که یکی از آنها پرورش اعضای بدن انسان خواهد بود.
مبانی مهندسی زیستی
علم با استفاده از مبانی اطلاعاتی زیست‌شناسی و استفاده از روش‌های تحلیلی و ترکیبی برای حل مشکلات خود، در سال‌های نه چندان دور پدید آمد. برخلاف مهندسی متعارف که از علوم فنی، عمدتاً ریاضیات و فیزیک برای فعالیت های خود استفاده می کند، مهندسی زیستی پا را فراتر گذاشته و از روش های نوآورانه ای در قالب زیست شناسی مولکولی استفاده می کند.
یکی از وظایف اصلی حوزه علمی و فنی تازه ساخته شده، پرورش اندام های مصنوعی در آزمایشگاه به منظور پیوند بیشتر آنها به بدن بیمار است که اندام او به دلیل آسیب یا فرسودگی از کار افتاده است. بر اساس ساختارهای سلولی سه بعدی، دانشمندان توانسته اند در مطالعه تأثیر بیماری ها و ویروس های مختلف بر فعالیت اندام های انسان پیشرفت کنند.
متاسفانه، تاکنون این اندام‌های کامل نیستند، بلکه فقط اندامک‌ها هستند، مجموعه‌ای ناتمام از سلولها و بافت‌هایی که فقط می‌توانند به عنوان نمونه‌های آزمایشی استفاده شوند. عملکرد و قابلیت زندگی آنها بر روی حیوانات آزمایشی، عمدتاً بر روی جوندگان مختلف، آزمایش شده است.
مرجع تاریخی. پیوند شناسی
رشد مهندسی زیستی به عنوان یک علم با دوره طولانی توسعه زیست شناسی و سایر علوم، که هدف آن مطالعه بدن انسان بود، انجام شد. در اوایل قرن بیستم، پیوند انگیزه ای برای توسعه آن دریافت کرد که وظیفه آن بررسی امکان پیوند عضو اهداکننده به شخص دیگری بود. ایجاد تکنیک‌هایی که قادر به حفظ اندام‌های اهداکننده برای مدتی هستند، و همچنین در دسترس بودن تجربه و برنامه‌های دقیق برای پیوند، به جراحان از سراسر جهان این امکان را داد تا در اواخر دهه 60 با موفقیت پیوند اعضایی مانند قلب، ریه، کلیه‌ها را انجام دهند.
در حال حاضر، اصل پیوند در مواردی که بیمار در خطر مرگ قرار دارد، مؤثرتر است. مشکل اصلی کمبود شدید اعضای اهداکننده است. بیماران ممکن استتا سال ها منتظر نوبت خود باشند، بدون اینکه منتظر آن باشند. علاوه بر این، خطر زیادی وجود دارد که عضو اهدایی پیوند شده در بدن گیرنده ریشه نکند، زیرا توسط سیستم ایمنی بیمار به عنوان یک جسم خارجی در نظر گرفته می شود. در تقابل با این پدیده، داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی اختراع شدند که با این حال، به جای درمان، فلج می شوند - ایمنی انسان به طور فاجعه باری ضعیف می شود.
مزایای ایجاد مصنوعی نسبت به پیوند
یکی از اصلی ترین تفاوت های رقابتی بین روش رشد اندام ها و پیوند آنها از اهداکننده این است که در آزمایشگاه، اندام ها را می توان بر اساس بافت ها و سلول های گیرنده آینده تولید کرد. اصولاً از سلول های بنیادی استفاده می شود که توانایی تمایز به سلول های بافت های خاص را دارند. دانشمند قادر است این فرآیند را از بیرون کنترل کند، که به طور قابل توجهی خطر رد شدن اندام در آینده توسط سیستم ایمنی بدن انسان را کاهش می دهد.
علاوه بر این، روش پرورش اندام مصنوعی می تواند تعداد نامحدودی از آنها را تولید کند و در نتیجه نیازهای حیاتی میلیون ها نفر را برآورده کند. اصل تولید انبوه به طور قابل توجهی قیمت اعضای بدن را کاهش می دهد، جان میلیون ها نفر را نجات می دهد و بقای انسان را به طور قابل توجهی افزایش می دهد و تاریخ مرگ بیولوژیکی را به عقب می اندازد.
دستاوردها در مهندسی زیستی
امروزه دانشمندان قادر به رشد اندام‌های آینده هستند - اندامک‌هایی که بیماری‌ها، ویروس‌ها و عفونت‌های مختلف روی آنها آزمایش می‌شوند تا این فرآیند را ردیابی کنند.عفونت و ایجاد اقدامات متقابل. موفقیت عملکرد اندامک ها با پیوند آنها به بدن حیوانات: خرگوش، موش، بررسی می شود.
همچنین شایان ذکر است که مهندسی زیستی در ایجاد بافت‌های کامل و حتی در رشد اندام‌های سلول‌های بنیادی که متأسفانه به دلیل عملکرد ناپذیری هنوز به فرد پیوند داده نمی‌شود، به موفقیت‌هایی دست یافته است. با این حال، در حال حاضر، دانشمندان یاد گرفته اند که چگونه به طور مصنوعی غضروف، رگ های خونی و سایر عناصر اتصال ایجاد کنند.
پوست و استخوان
نه چندان پیش، دانشمندان دانشگاه کلمبیا موفق شدند یک قطعه استخوانی شبیه به مفصل فک پایین ایجاد کنند که آن را به پایه جمجمه متصل می کند. این قطعه از طریق استفاده از سلول های بنیادی مانند کشت اندام ها به دست آمد. کمی بعد، شرکت اسرائیلی Bonus BioGroup موفق به اختراع روش جدیدی برای بازسازی استخوان انسان شد که با موفقیت روی یک جونده آزمایش شد - استخوانی که به طور مصنوعی رشد کرده بود به یکی از پنجه های آن پیوند زده شد. در این مورد، مجدداً از سلول های بنیادی استفاده شد، فقط آنها از بافت چربی بیمار به دست آمدند و سپس روی یک قاب استخوانی ژل مانند قرار گرفتند.
از دهه 2000، پزشکان از هیدروژل های تخصصی و روش های بازسازی طبیعی پوست آسیب دیده برای درمان سوختگی استفاده می کنند. تکنیک های تجربی مدرن امکان درمان سوختگی های شدید را در چند روز فراهم می کند. به اصطلاح اسپری های Skin Gunمخلوطی ویژه با سلول های بنیادی بیمار روی سطح آسیب دیده. همچنین پیشرفت‌های عمده‌ای در ایجاد پوست با عملکرد پایدار با عروق خونی و لنفاوی وجود دارد.
رشد اندام از سلولها
به تازگی، دانشمندان میشیگان موفق به رشد در بخش آزمایشگاهی بافت ماهیچه‌ای شدند که با این حال، نصف ضعیف‌تر از بافت اصلی است. به طور مشابه، دانشمندان در اوهایو بافت های سه بعدی معده ایجاد کردند که قادر به تولید تمام آنزیم های مورد نیاز برای هضم بود.
دانشمندان ژاپنی تقریباً غیرممکن را انجام دادند - یک چشم انسان کاملاً کارآمد را پرورش دادند. مشکل پیوند این است که هنوز نمی توان عصب بینایی چشم را به مغز متصل کرد. در تگزاس نیز امکان رشد مصنوعی ریه ها در بیوراکتور وجود داشت، اما بدون رگ های خونی، که در عملکرد آنها تردید ایجاد کرد.
چشم انداز توسعه
زمان زیادی از لحظه ای در تاریخ نمی گذرد که می توان بیشتر اندام ها و بافت های ایجاد شده در شرایط مصنوعی را به فرد پیوند زد. در حال حاضر، دانشمندان از سراسر جهان پروژه ها، نمونه های آزمایشی را توسعه داده اند، که برخی از آنها کمتر از نمونه های اصلی نیستند. پوست، دندان ها، استخوان ها، همه اندام های داخلی را می توان بعد از مدتی در آزمایشگاه ایجاد کرد و به افراد نیازمند فروخت.
فناوری های جدید نیز توسعه مهندسی زیستی را تسریع می کنند. پرینت سه بعدی که در بسیاری از زمینه های زندگی بشر رواج یافته است، در این زمینه مفید خواهد بودبه عنوان بخشی از رشد اندام های جدید. چاپگرهای زیستی سه بعدی به طور آزمایشی از سال 2006 مورد استفاده قرار گرفته‌اند و در آینده می‌توانند مدل‌های سه‌بعدی قابل اجرا از اندام‌های بیولوژیکی را با انتقال کشت‌های سلولی به یک پایه زیست سازگار ایجاد کنند.
نتیجه گیری کلی
مهندسی زیستی به عنوان یک علم که هدف آن پرورش بافت ها و اندام ها برای پیوند بیشتر آنهاست، در سال های نه چندان دور متولد شد. سرعت جهشی که او در حال پیشرفت است با دستاوردهای قابل توجهی مشخص شده است که جان میلیون ها نفر را در آینده نجات می دهد.
استخوان‌ها و اندام‌های داخلی رشد یافته در سلول‌های بنیادی، نیاز به اندام‌های اهدایی را که در حال حاضر کمبود دارند، برطرف می‌کند. در حال حاضر، دانشمندان پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند که نتایج آن هنوز چندان سازنده نیست، اما پتانسیل بالایی دارد.
