از مغزهای بیوسنتزی برای پیش‌بینی صرع گرفته تا ایمپلنت‌های پرینت سه بعدی کوچک برای رشد مجدد ماهیچه‌ها و استخوان‌ها، این تحقیق در لبه آنچه از نظر پزشکی ممکن است.

اما تیم پشت این ایده‌ها، مهندسان، متخصصان رباتیک و زیست شناسانی هستند که با جراحان و پزشکان برتر کار می‌کنند، که تفاوت بین رویا و ارائه را ایجاد می‌کند.

پروفسور راب کپسا محقق اصلی RMIT در مرکز اکتشافات پزشکی Aikenhead است، جایی که او یک گروه تحقیقاتی را با استفاده از آزمایشگاه تولید زیستی ACMD هدایت می‌کند.

ACMD مستقر در بیمارستان سنت وینسنت ملبورن، محققان و پزشکان را گرد هم می‌آورد تا راه‌حل‌هایی برای برخی از بزرگترین چالش‌های زیست پزشکی ما بیابند.

برای قدردانی از نقش حیاتی این مرکز، دولت ویکتوریا برای حمایت از رشد مستمر آن، چراغ سبز 206 میلیون دلاری نشان داد.

اول از همه، تولید زیستی چیست و چگونه می‌تواند درمان پزشکی را متحول کند؟

این اساساً در مورد ساختن چیزهایی است که به طور کامل در بدن ما ادغام می‌شوند تا عملکرد را بهبود بخشند، ترمیم و بازیابی کنند.

برخلاف ایمپلنت‌های سنتی، ساختارها و دستگاه‌های زیست‌ساخت می‌توانند در واقع به تقلید از پیچیدگی خارق‌العاده بافت زنده انسان نزدیک شوند.
این کار فرصت‌های عظیمی را برای ساختن ساختارهایی برای بازیابی، جایگزینی و بازسازی هر چیزی از استخوان‌ها و ماهیچه‌ها گرفته تا مغز، مفاصل و بافت‌های هم‌بند فراهم می‌کند.

به عنوان مثال، محققان در حال کار بر روی فن‌آوری‌های جدید بیوفابریک هستند تا استخوان‌های رو به وخامت در افراد مسن را ترمیم کنند، یک پانکراس مصنوعی سفارشی و خود تنظیم کننده برای افراد مبتلا به دیابت ایجاد کنند و همچنین عضلات جایگزین برای بیماران آسیب دیده ایجاد کنند.

درباره‌ی "مغز" بیوسنتزی که می‌سازید به ما بگویید.

وقتی می‌خواهید بفهمید مغز چگونه کار می‌کند و چگونه آن را در صورت بروز مشکل درست کنید، نگاه کردن به سلول‌ها در اسلاید‌های دو بعدی شما را تا تا این حد دور می‌برد. پروفسور کاپسا می‌گوید ما با استفاده از چاپ زیستی سه بعدی در سه بعد می‌سازیم.
ساخت زیستی ترکیبی از مهندسی مواد، علوم زیستی، تولید مواد افزودنی، فناوری نانو و فناوری‌های بهداشت زیست پزشکی است.

مغزهایی که ما می‌سازیم کوچک هستند، حدود 3 میلی‌متر در 3 میلی‌متر، اما مغز کارآمد کافی برای مطالعه و تجزیه و تحلیل وجود دارد (و علاوه بر این، قشر مغز انسان تنها 3 میلی‌متر ضخامت دارد).

با استفاده از تحریک الکتریکی یا افزودن مواد شیمیایی عصبی، می‌توانیم نورون‌ها را به آتش بکشیم. آرایه الکترود این فعالیت را ثبت می‌کند - که شبیه شلیک سیستم عصبی است - تا تصویری عمیق از آنچه اتفاق می‌افتد به ما ارائه دهد.

اساساً اینها سازه‌های مصنوعی مغز هستند که برای دانشمندانی که برای درک و درمان بیماری‌های عصبی کار می‌کنند ایده‌آل هستند.

این "مغزها" چگونه به ما در تحقیقات در مورد صرع کمک می‌کنند؟

صرع از هر 100 نفر 1 نفر را تحت تاثیر قرار می‌دهد، اما می‌دانیم که حدود نیمی از آن‌ها بعداً در سنین پایین زندگی، پس از تجربه برخی آسیب‌های مغزی در دوران جوانی، دچار این بیماری می‌شوند.

ما فکر می‌کنیم ممکن است به این دلیل باشد که برخی از افراد استعداد ژنتیکی دارند، اما در حال حاضر نمی‌توانیم پیش‌بینی کنیم که چه کسی ممکن است به دلیل آسیب سر، در معرض خطر ابتلا به صرع باشد.

در این تحقیق، ما با متخصصان مغز و اعصاب در مؤسسه تحقیقاتی کودکان مرداک که یک جهش ژنتیکی را کشف کردند که باعث صرع می‌شود، و همچنین متخصصان مغز و اعصاب در بیمارستان سنت وینسنت ملبورن همکاری می‌کنیم.
ما سلول‌های پوستی را از افرادی که این جهش ژنتیکی را دارند می‌گیریم ، جهش را حذف می‌کنیم و " مغز " بیوسنتزی را از آن سلول‌های ویرایش شده ژنتیکی رشد می‌دهیم. برای مقایسه، ما همچنین مغز را از سلول‌های "مثبت صرع" و ویرایش نشده آنها می‌سازیم.
سپس مغز‌هایی که از این سلول‌ها می‌سازیم را با ایجاد سطح خاصی از آسیب و دیدن اینکه آیا و چه زمانی فعالیت‌های صرع مانند را نشان می‌دهند ، آزمایش می‌کنیم.
چیزی که ما در نهایت به دنبالش هستیم یک آزمایش ژنتیکی ساده است که می‌تواند تعیین کند که آیا شما به احتمال زیاد به صرع از آسیب‌های کوچک سر، مانند بازی فوتبال AFL یا سایر ورزش‌ها مبتلا می‌شوید یا خیر.

چگونه می‌توان از این «مغزها» در آینده استفاده کرد؟

"مغز" بیوسنتزی ما همچنین برای مدل‌سازی شخصی اختلالات عصبی استفاده خواهد شد.

این جایی است که یک "مغز" رشد یافته از سلول‌های خود بیمار می‌تواند پزشک را قادر سازد تا وضعیت بیمار را بهتر درک کند، درمان را بهینه کند و در نهایت حتی پیش‌بینی آنها را بهبود بخشد.

برای RMIT، این کار راه‌های جدید هیجان‌انگیزی را برای طراحی، توسعه، ساخت و ترجمه دستگاه‌ها و سیستم‌های هیبریدی بیومکاترونیک باز می‌کند.

به عنوان بخشی از تحقیقات برای توسعه درمان‌های دیستروفی عضلانی، تیم شما پیشگام تکنیک "اسب تروجان" است که ترکیبی از مهندسی عضله و ویرایش ژن است. چگونه کار می‌کند؟

ایده اصلی این است که سلول‌ها را از افراد مبتلا به جهش که باعث دیستروفی عضلانی می‌شود، گرفته، جهش را ویرایش کرده و سپس آن سلول‌ها را به عضله برگردانیم تا دوباره کار کند.

ازمایش‌های بالینی درمان سلول‌های ترمیمی، به‌ویژه درمان پیوند میوبلاست، انجام شده‌ است اما متأسفانه این درمان‌ها شکست خورده‌اند زیرا سلول‌های کاشته‌شده رشد نمی‌کنند و تکثیر نمی‌شوند.

تفاوت با رویکرد ما این است که به جای کاشت مستقیم سلول‌ها، آنها را در یک ژله مخصوص ساخته شده از جلبک دریایی محافظت می‌کنیم. این «اسب تروا» است، یک تکه ژله جلبک دریایی با سلول‌های ماهیچه‌ای که به راحتی توسط بدن پذیرفته می‌شود و سپس به سلول‌های سالم اجازه می‌دهد تا به عضله بیمار «تهاجم» کنند.

تکنیک ما منجر به گسترش باورنکردنی سلول‌های عضلانی زنده می‌شود، با مطالعات پیش بالینی روی موش‌ها نشان می‌دهد که چندین میلیون هسته از 10000 سلولی که در ابتدا کاشته می‌کنیم، ایجاد می‌شوند.

پرینت سه بعدی و پرینت زیستی چه نقشی در کار تیم شما دارد؟

در ACMD ما خوش‌شانس هستیم که به پیشرفته‌ترین فناوری‌های ساخت زیستی و ساخت پیشرفته، از جمله چاپگرهای زیستی تخصصی که برای چاپ سه بعدی سلول‌های زنده و راکتورهای زیستی برای کشت‌های سلولی سه‌بعدی طراحی شده‌اند، دسترسی داریم. کار با این فناوری‌ها تفاوت زیادی در همکاری‌های ما ایجاد می‌کند.
به عنوان مثال، ما از یک فرآیند چاپ سه بعدی به نام "الکتروایت ذوب" در کار خود استفاده می‌کنیم تا شبکه‌های عروقی را تشویق کنیم تا در بافت‌های مهندسی شده رشد کنند. این سیستم همچنین می‌تواند در ساختارهای مدل سازی بافت ما استفاده شود، بنابراین آنها بیشتر شبیه بافت عروقی هستند.
اما گاهی اوقات کار ما در مورد آخرین تکنولوژی نیست، بلکه در مورد ایجاد دیدگاه‌های جدید در مورد ایده‌های قدیمی است.

محققان تیم ما پرینت سه‌بعدی سنتی را برای ایجاد ساختارهای زیست پزشکی بسیار پیچیده در کار خود، در‌مورد رشد مجدد استخوان‌ها و بافت‌ها تغییر دادند. رویکرد خارج از جعبه آنها از چاپگرهای سه بعدی استاندارد برای ساخت ایمپلنت‌های کوچکی استفاده می‌کند که می‌تواند از رشد مجدد سلول پشتیبانی کند.

همچنین اخیراً دستوری برای ساخت عضلات منتشر کرده‌ایم که مواد، تجهیزات و تکنیک‌هایی را که برای مهندسی بافت ماهیچه‌ای اسکلتی به آن نیاز دارید، جزئیات می‌دهد.

این خلاصه‌ای از کار ما در طی سال‌های متمادی در ریزه‌کاری روش‌های چاپ زیستی و زیست‌پرینت برای تولید ساختارهای ماهیچه‌ای اسکلتی با چاپ سه بعدی است. ما امیدواریم که این کار در نهایت امکان مهندسی عضله را برای افرادی که دچار بیماری عضلانی و تروما شده‌اند را فراهم کند.

شما همکاری‌های دیرینه‌ای با پزشکان و جراحان بیمارستان سنت وینسنت ملبورن دارید. چگونه تأسیس ACMD به تحقیقات تیم شما سرعت بخشیده است؟

در طول دهه‌ها، از آنجایی که تیم ما رویکرد ما را برای مهندسی عضله و اعصاب توسعه داده است، ما همیشه با پزشکان و جراحان همکاری نزدیک داشته‌ایم تا راه‌حل‌های دنیای واقعی برای مسائل بهداشتی دنیای قدیم را ایجاد کنیم که توسط فناوری‌های موجود کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کار ما فقط در مورد ایده‌های جالب یا احتمالات نظری نیست، بلکه در مورد حل مشکلاتی است که پزشکان و شاید مهمتر از آن بیماران، روزانه با آنها دست و پنجه نرم می‌کنند.

ما مستقیماً با افرادی کار می‌کنیم که روزی از تحقیقات ما در عمل بالینی آنها و در سالن‌های جراحی استفاده خواهند کرد. آنها چالش‌های خود و آنچه را که برای کمک به بیمارانشان نیاز دارند به اشتراک می‌گذارند و این در نهایت همان چیزی است که ما می‌خواهیم تحقیقات ما انجام دهد، بیرون آمدن و کمک به مردم.

مغزهای بیوسنتزی، ماهیچه‌های مهندسی شده، اسب‌های تروجان... برخی از این ایده‌ها تقریباً شبیه داستان‌های علمی تخیلی هستند. بنابراین چه زمانی می‌توانند به واقعیت بالینی تبدیل شوند؟

درست است که کاری که ما انجام می‌دهیم در مرزهای علم است. اما فن‌آوری‌های ساخت پیشرفته در حال حاضر تغییراتی را در زندگی بیماران ایجاد کرده‌اند، مانند اولین ایمپلنت ستون فقرات با چاپ سه بعدی در استرالیا.

کار RMIT بر روی آن ابتکار منجر به جهت‌گیری‌های جدیدی در طراحی ایمپلنت‌های نسل بعدی برای بیماران سرطان استخوان شد که تمرکز پروژه در ACMD است.

برخی از پروژه‌های بالینی پیشرفته‌تر ما ممکن است 5 تا 10 سال با ترجمه بالینی فاصله داشته باشد، اما ما هنوز در روزهای اولیه انقلاب چاپ زیستی سه بعدی هستیم.

نکته مهم این است که رویکرد مشترک بالینی-علمی ما به این معنی است که می‌توانیم از ایده‌های غیرعملی گذشته که هرگز در زندگی واقعی کار نمی‌کنند بگذریم و روی تحقیقاتی تمرکز کنیم که بیشترین پتانسیل تأثیر را دارند.

پروفسور راب کپسا سرپرستی گروه تحقیقاتی مهندسی ساخت و ساز و بافت (BiTE) در RMIT را بر عهده دارد.

شبکه BiTE، که هدف آن گردآوری دانشگاهیان و داوطلبان دکترا در زمینه مهندسی زیستی گسترده‌تر به سمت حوزه‌های جدید مبتنی بر BiTE است، توسط پلت‌فرم‌های توانمندسازی RMIT برای مواد پیشرفته، ساخت، و سلامت و نوآوری، زیست پزشکی و پزشکی پشتیبانی می‌شود.
مرکز ACMD اولین مرکز تحقیقاتی مهندسی زیست پزشکی مستقر در بیمارستان در استرالیا است، با شرکایی از جمله بیمارستان سنت وینسنت ملبورن، دانشگاه RMIT، دانشگاه ملبورن، دانشگاه کاتولیک استرالیا، دانشگاه فناوری سوئینبرن، دانشگاه وولونگ استرالیا، موسسه بیونیک، موسسه سنت وینسنت و مرکز تحقیقات چشم استرالیا هستند‌.

گزیده‌ای از داستان خبری RMIT: گوسیا کازوبسکا برای درک دقیق‌تر این تحقیقات پیشگامانه مدرک  لیسانس علوم زیست پزشکی RMIT را در دانشکده بهداشت و علوم زیست پزشکی مطالعه کنید
در این درجه انعطاف‌پذیر، درک گسترده‌ای از آناتومی، فیزیولوژی و آسیب شناسی انسان از سطح سلولی تا سیستم را توسعه خواهید داد.
 
علم بیوپزشکی اساس درک ما از نحوه عملکرد بدن انسان و حیوان و پاسخ بدن به بیماری‌های مختلف، ورزش، رژیم غذایی، اختلالات داخلی و تأثیرات محیطی را تشکیل می‌دهد.

این یک حوزه‌ی گسترده از علم است که همه چیز در مورد درک بدن انسان و نحوه تعامل آن با بیماری است، چگونه رخ می‌دهد، چه اتفاقی می‌افتد و چگونه می‌توانیم آن را کنترل، درمان و پیشگیری کنیم. علوم زیست پزشکی شامل درک آناتومی و فیزیولوژی انسان و همچنین بیوشیمی است.

علاوه بر درک اساسی علوم زیست پزشکی، شما این فرصت را خواهید داشت که در سال آخر خود، رشته‌های انتخابی تخصصی را انتخاب کنید. شما همچنین درک درستی از فرآیند تحقیق و تجربه با فناوری‌های مدرن مورد استفاده در تحقیقات زیست پزشکی کسب خواهید کرد.

درباره این مدرک در RMIT از ما بپرسید