من العقول الاصطناعية للتنبؤ بالصرع إلى الغرسات الصغيرة المطبوعة ثلاثية الأبعاد لإعادة نمو العضلات والعظام، يعد هذا البحث أقصى ما هو ممكن طبيًا.

ولكن الفريق الذي يقف وراء هذه الأفكار - المهندسين وخبراء الروبوتات وعلماء الأحياء الذين يعملون مع كبار الجراحين والأطباء - هو الذي يصنع الفارق بين الحلم والتنفيذ.

البروفيسور روب كابسا هو باحث رئيسي في RMIT في مركز Aikenhead للاكتشافات الطبية، حيث يرأس مجموعة بحثية تستخدم مختبر التصنيع الحيوي المصمم خصيصًا لهذا الغرض في ACMD.

مقرها في مستشفى سانت فنسنت في ملبورن، تجمع ACMD الباحثين والأطباء معًا لإيجاد حلول لبعض أكبر التحديات الطبية الحيوية التي نواجهها.

اعترافًا بالدور الحيوي للمركز، أعطت الحكومة الفيكتورية الضوء الأخضر لإنشاء منشأة مخصصة لهذا الغرض بقيمة 206 مليون دولار لدعم نموها المستمر.

أولًا، ما هو التصنيع الحيوي وكيف يمكنه تحويل العلاج الطبي؟

يتعلق هذا بشكل أساسي بصنع الأشياء التي تندمج بشكل كامل في أجسامنا، للشفاء وإصلاح واستعادة الوظيفة.

على عكس الغرسات التقليدية، يمكن للهياكل والأجهزة المصنعة بيولوجيًا أن تقترب في الواقع من محاكاة التعقيد الهائل للأنسجة البشرية الحية.

يجمع التصنيع الحيوي بين هندسة المواد والعلوم البيولوجية والتصنيع الإضافي وتكنولوجيا النانو وتقنيات الصحة الطبية الحيوية.

إنه يفتح فرصًا هائلة لإنشاء هياكل لاستعادة واستبدال وتجديد أي شيء بدءًا من العظام والعضلات وحتى المخ والمفاصل والأنسجة الضامة.

على سبيل المثال، يعمل الباحثون على تقنيات جديدة مصنعة بيولوجيًا لإصلاح العظام المتدهورة لدى كبار السن، وتطوير بنكرياس صناعي مخصص ذاتي التنظيم للأشخاص المصابين بداء السكري، وبناء عضلات بديلة لمرضى الصدمات.

أخبرنا عن "العقول" الاصطناعية التي تصنعها.

عندما تحاول فهم كيفية عمل الدماغ، وكيفية إصلاحه عندما يحدث خطأ، فإن النظر إلى الخلايا على شرائح ثنائية الأبعاد لا يأخذك إلا إلى هذا الحد. لذلك نحن نبني في ثلاثة أبعاد، باستخدام الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد، كما يقول البروفيسور كابسا.

"الأدمغة" التي نصنعها صغيرة الحجم، حوالي 3 مم × 3 مم، ولكن هناك ما يكفي من الدماغ العامل لدراسته وتحليله (علاوة على ذلك، يبلغ سمك قشرة الدماغ البشري 3 مم فقط).< /فترة>

تتكون كتل الدماغ الصغيرة لدينا من خلايا الجلد، والتي نعيد برمجتها إلى خلايا جذعية يمكنها تكوين الخلايا العصبية. يتم تعليق كتلة "الدماغ" في مصفوفة كولاجين ثلاثية الأبعاد ووضعها على مجموعة من الأقطاب الكهربائية.

باستخدام التحفيز الكهربائي أو إضافة مواد كيميائية عصبية، يمكننا تحفيز الخلايا العصبية. تسجل مجموعة الأقطاب الكهربائية هذا النشاط - الذي يحاكي عمل الجهاز العصبي - ليعطينا صورة متعمقة عما يحدث.

هذه في الأساس عبارة عن تركيبات دماغية اصطناعية مخصصة، وهي مثالية للعلماء الذين يعملون على فهم الحالات العصبية وعلاجها.

كيف تساعدنا هذه "الأدمغة" في البحث في مجال الصرع؟

يؤثر الصرع على شخص واحد من كل 100 شخص، ولكننا نعلم أن حوالي نصف هؤلاء يصابون بالحالة في وقت لاحق من حياتهم، بعد تعرضهم لبعض الإصابات في الدماغ عندما كانوا أصغر سناً.>

نعتقد أن السبب قد يرجع إلى أن بعض الأشخاص لديهم استعداد وراثي، ولكن في الوقت الحالي لا يمكننا التنبؤ بمن قد يكون معرضًا لخطر الإصابة بالصرع بسبب إصابة في الرأس.>

في هذا البحث، نتعاون مع أطباء الأعصاب في معهد مردوخ لأبحاث الأطفال الذين اكتشفوا طفرة جينية تسبب الصرع، وكذلك أطباء الأعصاب في مستشفى سانت فنسنت في ملبورن.< /سبان>

نحن نأخذ خلايا الجلد من الأشخاص الذين لديهم تلك الطفرة الجينية، ونزيل الطفرة وننمو "دماغًا" حيويًا من تلك الخلايا المعدلة وراثيًا. وعلى سبيل المقارنة، قمنا أيضًا بإخراج الدماغ من الخلايا غير المعدلة "الإيجابية للصرع".

نقوم بعد ذلك باختبار "الأدمغة" التي نصنعها من هذه الخلايا عن طريق إحداث مستوى معين من الإصابة ومعرفة ما إذا كانت تظهر نشاطًا شبيهًا بالصرع - ومتى.

ما نهدف إليه في النهاية هو إجراء اختبار جيني بسيط يمكنه تحديد ما إذا كان من المحتمل أن تصاب بالصرع نتيجة لصدمة طفيفة في الرأس، مثل لعب كرة القدم في دوري كرة القدم الأمريكية أو غيرها من الألعاب الرياضية.

كيف يمكن استخدام هذه "العقول" في المستقبل؟

سيتم استخدام "أدمغتنا" الاصطناعية أيضًا في النمذجة الشخصية للاضطرابات العصبية.

هذا هو المكان الذي يمكن فيه لـ "الدماغ" المزروع من خلايا المريض نفسه أن يمكّن الطبيب من فهم حالته بشكل أفضل، وتحسين العلاج، وحتى تشخيص حالته في نهاية المطاف.< / ع>

بالنسبة لـ RMIT، يفتح هذا العمل آفاقًا جديدة ومثيرة لتصميم وتطوير وتصنيع وترجمة الأجهزة والأنظمة الهجينة الحيوية الميكاترونيكية.

كجزء من البحث لتطوير علاجات لضمور العضلات، ابتكر فريقك تقنية "حصان طروادة" التي تجمع بين هندسة العضلات وتحرير الجينات. كيف يعمل؟

الفكرة الأساسية هي أخذ خلايا من الأشخاص الذين لديهم الطفرة التي تسبب الحثل العضلي، وتحرير الطفرة ثم إعادة هذه الخلايا إلى العضلات لجعلها تعمل مرة أخرى.

كانت هناك تجارب سريرية تجارب علاجات تجديد الخلايا، ولا سيما علاج زرع الأرومة العضلية، ولكن للأسف فشلت هذه التجارب لأن الخلايا المزروعة لا تزدهر وتتكاثر.

الفرق في النهج الذي نتبعه هو أنه بدلاً من زرع الخلايا مباشرة، فإننا نحميها في هلام خاص مصنوع من الأعشاب البحرية. هذا هو "حصان طروادة" - قطعة من هلام الأعشاب البحرية تحتوي على خلايا عضلية يقبلها الجسم بسهولة ثم تسمح للخلايا السليمة "بغزو" العضلات المريضة.

تؤدي تقنيتنا إلى انتشار مذهل للخلايا العضلية القابلة للحياة، حيث أظهرت الدراسات قبل السريرية على الفئران عدة ملايين من النوى الناشئة عن 10000 خلية قمنا بزرعها في البداية.

ما هو الدور الذي تلعبه الطباعة ثلاثية الأبعاد والطباعة الحيوية في عمل فريقك؟

في ACMD، نحن محظوظون لأننا تمكنا من الوصول إلى أحدث تقنيات التصنيع الحيوي والتصنيع المتقدمة، بما في ذلك الطابعات الحيوية المتخصصة المصممة للطباعة ثلاثية الأبعاد للخلايا الحية والمفاعلات الحيوية لمزارع الخلايا ثلاثية الأبعاد. يُحدث العمل باستخدام هذه التقنيات فرقًا كبيرًا في عمليات التعاون بيننا.

على سبيل المثال، نستخدم عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تسمى "الكتابة الكهربائية الذائبة" في عملنا لتشجيع شبكات الأوعية الدموية على النمو في الأنسجة المهندسة. يمكن أيضًا استخدام هذا النظام في هياكل نمذجة الأنسجة لدينا، بحيث تشبه إلى حد كبير الأنسجة الوعائية.

ولكن في بعض الأحيان لا يتعلق عملنا بأحدث التقنيات - بل يتعلق بابتكار أفكار جديدة بدلاً من القديمة.

لقد قلب الباحثون في فريقنا الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية لإنشاء هياكل طبية حيوية معقدة بشكل لا يصدق في عملهم على إعادة نمو العظام والأنسجة. يستخدم أسلوبهم المبتكر طابعات ثلاثية الأبعاد قياسية لبناء غرسات صغيرة يمكنها دعم إعادة نمو الخلايا.

لقد نشرنا مؤخرًا أيضًا وصفة لتكوين العضلات، تتضمن تفاصيل المكونات والمعدات والتقنيات التي تحتاجها لهندسة الأنسجة العضلية الهيكلية الوظيفية.

إنه ملخص لعملنا على مدار سنوات عديدة في تحسين أساليب الحبر الحيوي والطباعة الحيوية لدينا لإنتاج هياكل عضلية هيكلية مطبوعة ثلاثية الأبعاد قابلة للحياة. نأمل أن يسمح هذا العمل في نهاية المطاف بهندسة العضلات للأشخاص الذين عانوا من أمراض العضلات والصدمات.

لديك تعاون طويل الأمد مع الأطباء والجراحين في مستشفى سانت فنسنت في ملبورن. كيف أدى إنشاء ACMD إلى تسريع أبحاث فريقك؟

على مدار العقود، بينما قام فريقنا بتطوير نهجنا في هندسة العضلات والأعصاب، عملنا دائمًا بشكل وثيق مع الأطباء والجراحين لتطوير حلول واقعية لقضايا الصحة في العالم القديم التي لا تحظى بالدعم الكافي من خلال التقنيات الحالية.

لا يقتصر عملنا على الأفكار المثيرة للاهتمام أو الاحتمالات النظرية فحسب - بل يتعلق أيضًا بحل المشكلات التي يواجهها الأطباء، وربما الأهم من ذلك، المرضى، يوميًا.

نحن نعمل بشكل مباشر مع الأشخاص الذين سيستخدمون أبحاثنا يومًا ما في ممارساتهم السريرية وفي غرف العمليات الجراحية. إنهم يشاركون التحديات التي يواجهونها وما يحتاجون إليه لمساعدة مرضاهم.

وهذا هو في النهاية ما نريد أن يفعله بحثنا - وهو الخروج ومساعدة الأشخاص.

العقول الاصطناعية، والعضلات المهندسة، وأحصنة طروادة... بعض هذه الأفكار تبدو تقريبًا مثل الخيال العلمي. إذن متى يمكن أن تصبح حقيقة سريرية؟

صحيح أن ما نقوم به يقع على حدود العلم. لكن تقنيات التصنيع المتقدمة تُحدث بالفعل فرقًا في حياة المرضى، مثل أول عملية زرع عمود فقري مطبوعة ثلاثية الأبعاد محلية الصنع في أستراليا.

أدى عمل RMIT على هذه المبادرة إلى اتجاهات جديدة في تصميم غرسات الجيل التالي لمرضى سرطان العظام، وهو محور تركيز المشروع داخل ACMD.

قد تكون بعض مشاريعنا الأكثر تقدمًا سريريًا على بعد 5 إلى 10 سنوات من الترجمة السريرية، ولكننا لا نزال في الأيام الأولى لثورة الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد.< / ع>

الشيء الرائع هو أن نهجنا السريري العلمي التعاوني يعني أنه يمكننا تخطي الأفكار غير العملية التي لا يمكن أن تنجح أبدًا في الحياة الواقعية والتركيز على الأبحاث التي تتمتع بأكبر قدر من التأثير.

يرأس البروفيسور روب كابسا مجموعة أبحاث التصنيع الحيوي وهندسة الأنسجة (BiTE) في RMIT.

شبكة BiTE، التي تهدف إلى الجمع بين الأكاديميين ومرشحي الدكتوراه الذين يعملون في مجال الهندسة الحيوية الأوسع نحو مجالات جديدة موجهة إلى BiTE، مدعومة بمنصات القدرة التمكينية التابعة لـ RMIT للمواد المتقدمة والتصنيع والتصنيع والصحة الطبية الحيوية الابتكار.

ACMD هو أول مركز أبحاث للهندسة الطبية الحيوية في أستراليا، مع شركاء بما في ذلك مستشفى سانت فنسنت في ملبورن، وجامعة RMIT، وجامعة ملبورن، والجامعة الكاثوليكية الأسترالية، وجامعة سوينبيرن للتكنولوجيا، وجامعة ولونجونج بأستراليا، ومعهد الإلكترونيات الحيوية، وسانت لويس. معهد فنسنت ومركز أبحاث العيون بأستراليا.

 مقتطف من القصة الإخبارية لمعهد RMIT: جوزيا كازوبسكا

دراسة RMIT بكالوريوس العلوم الطبية الحيوية في كلية الصحة والعلوم الطبية الحيوية للحصول على تقدير أقرب من هذا البحث الرائد.

في هذه الدرجة المرنة، ستطور فهمًا واسعًا لعلم التشريح البشري وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأمراض من الخلايا على مستوى الأنظمة.

يشكل علم الطب الحيوي أساس فهمنا لكيفية عمل الأجسام البشرية والحيوانية، واستجابات الجسم للأمراض المختلفة، ممارسة الرياضة والنظام الغذائي والاضطرابات الداخلية والمؤثرات البيئية.

إنه مجال واسع من العلوم يدور حول فهم جسم الإنسان وكيفية تفاعله مع المرض - كيف يحدث وماذا يحدث وكيف يمكننا السيطرة عليه وعلاجه والوقاية منه. تتضمن العلوم الطبية الحيوية فهمًا لعلم التشريح وعلم وظائف الأعضاء البشرية بالإضافة إلى الكيمياء الحيوية.

بالإضافة إلى الفهم الأساسي للعلوم الطبية الحيوية، ستتاح لك الفرصة لاختيار المواد الاختيارية المتخصصة في عامك الأخير. سوف تكتسب أيضًا فهمًا لعملية البحث والخبرة في استخدام التقنيات الحديثة المستخدمة في أبحاث الطب الحيوي.

اسألنا عن هذه الدرجة في RMIT