ตั้งแต่สมองสังเคราะห์ทางชีวภาพสำหรับการทำนายโรคลมบ้าหมูไปจนถึงการปลูกถ่ายกล้ามเนื้อและกระดูกด้วยการพิมพ์ 3 มิติขนาดเล็ก นี่คือการวิจัยที่ล้ำหน้าของสิ่งที่เป็นไปได้ทางการแพทย์

แต่ทีมที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดเหล่านี้ – วิศวกร ผู้เชี่ยวชาญด้านหุ่นยนต์ และนักชีววิทยาที่ทำงานร่วมกับศัลยแพทย์และแพทย์ชั้นนำ – ที่สร้างความแตกต่างระหว่างความฝันและการคลอด

ศาสตราจารย์ Rob Kapsa เป็นหัวหน้านักวิจัยของ RMIT ที่ Aikenhead Center for Medical Discovery โดยเขาเป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยโดยใช้ห้องปฏิบัติการด้านการผลิตทางชีวภาพที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะของ ACMD

ACMD ซึ่งตั้งอยู่ที่โรงพยาบาล St Vincent's Hospital ในเมลเบิร์น ได้นำนักวิจัยและแพทย์มารวมตัวกันเพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาสำหรับความท้าทายด้านชีวการแพทย์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเรา

เพื่อเป็นการยอมรับบทบาทที่สำคัญของศูนย์แห่งนี้ รัฐบาลรัฐวิกตอเรีย จึงได้ไฟเขียวสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกมูลค่า 206 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะเพื่อรองรับการเติบโตอย่างต่อเนื่อง

ก่อนอื่นเลย การผลิตทางชีวภาพคืออะไร และจะเปลี่ยนรูปแบบการรักษาทางการแพทย์ได้อย่างไร

นี่เป็นพื้นฐานเกี่ยวกับการสร้างสิ่งต่าง ๆ ที่รวมเข้ากับร่างกายของเราอย่างสมบูรณ์ เพื่อรักษา ซ่อมแซม และฟื้นฟูการทำงาน

โครงสร้างและอุปกรณ์ที่ผลิตจากวัสดุชีวภาพสามารถเลียนแบบความซับซ้อนอันน่าอัศจรรย์ของเนื้อเยื่อมนุษย์ที่มีชีวิตได้แตกต่างจากการปลูกถ่ายแบบดั้งเดิม

การผลิตทางชีวภาพผสมผสานวิศวกรรมวัสดุ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ นาโนเทคโนโลยี และเทคโนโลยีชีวการแพทย์

เปิดโอกาสมหาศาลในการสร้างโครงสร้างเพื่อฟื้นฟู ทดแทน และสร้างทุกสิ่งตั้งแต่กระดูกและกล้ามเนื้อไปจนถึงสมอง ข้อต่อ และเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน

ตัวอย่างเช่น นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิตทางชีวภาพใหม่ๆ เพื่อซ่อมแซมกระดูกที่เสื่อมสภาพในผู้สูงอายุ พัฒนาตับอ่อนเทียมแบบกำหนดเองและควบคุมตนเองสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวาน และสร้างกล้ามเนื้อทดแทนสำหรับผู้ป่วยที่ได้รับบาดเจ็บ

บอกเราเกี่ยวกับ "สมอง" สังเคราะห์ทางชีวภาพที่คุณกำลังสร้าง

เมื่อคุณพยายามทำความเข้าใจว่าสมองทำงานอย่างไร และจะแก้ไขอย่างไรเมื่อมันผิดพลาด การดูเซลล์บนสไลด์สองมิติจะทำให้คุณไปได้ไกลยิ่งขึ้น ดังนั้นเราจึงสร้างเป็นสามมิติโดยใช้การพิมพ์ทางชีวภาพแบบ 3 มิติ ศาสตราจารย์แคปซากล่าว

'สมอง' ที่เราสร้างนั้นมีขนาดเล็ก ประมาณ 3 มม. x 3 มม. แต่มีสมองที่ทำงานเพียงพอที่จะศึกษาและวิเคราะห์ (และนอกจากนี้ เปลือกสมองของมนุษย์ยังมีความหนาเพียง 3 มม. เท่านั้น)<

บล็อกสมองเล็กๆ ของเราทำจากเซลล์ผิวหนัง ซึ่งเราสร้างโปรแกรมใหม่เป็นเซลล์ต้นกำเนิดที่สามารถสร้างเซลล์ประสาทได้ บล็อกของ 'สมอง' ถูกแขวนไว้ในคอลลาเจนเมทริกซ์ 3 มิติ และวางไว้บนอาร์เรย์ของอิเล็กโทรด

การใช้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าหรือการเพิ่มสารเคมีในประสาททำให้เราสามารถทำให้เซลล์ประสาทเริ่มทำงานได้ อาร์เรย์อิเล็กโทรดจะบันทึกกิจกรรมนั้น (ซึ่งเลียนแบบการยิงของระบบประสาท) เพื่อให้เราเห็นภาพเชิงลึกของสิ่งที่เกิดขึ้น

โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งเหล่านี้คือโครงสร้างสมองสังเคราะห์ที่ออกแบบเฉพาะบุคคล เหมาะสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเพื่อทำความเข้าใจและรักษาอาการทางระบบประสาท

"สมอง" เหล่านี้ช่วยเราวิจัยโรคลมบ้าหมูได้อย่างไร

โรคลมบ้าหมูส่งผลกระทบต่อ 1 ใน 100 คน แต่เรารู้ว่าประมาณครึ่งหนึ่งของผู้ป่วยจะเป็นโรคนี้ในช่วงบั้นปลายของชีวิต หลังจากได้รับบาดเจ็บที่สมองเมื่อตอนเป็นเด็ก

เราคิดว่าอาจเป็นเพราะคนบางคนมีความบกพร่องทางพันธุกรรม แต่ตอนนี้เราไม่สามารถคาดเดาได้ว่าใครบ้างที่อาจเสี่ยงต่อการเกิดโรคลมบ้าหมูเนื่องจากอาการบาดเจ็บที่ศีรษะ

ในการวิจัยนี้ เรากำลังร่วมมือกับนักประสาทวิทยาที่สถาบันวิจัยเด็ก Murdoch ซึ่งค้นพบการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดโรคลมบ้าหมู เช่นเดียวกับนักประสาทวิทยาที่โรงพยาบาล St Vincent's Hospital Melbourne<

เรานำเซลล์ผิวหนังจากผู้ที่มีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมนั้นออกไป กำจัดการกลายพันธุ์นั้นออก และสร้าง 'สมอง' ที่สังเคราะห์ทางชีวภาพจากเซลล์ที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมเหล่านั้น เพื่อการเปรียบเทียบ เรายังสร้างสมองจากเซลล์ "โรคลมบ้าหมู" ที่ไม่มีการตัดต่อ

จากนั้นเราจะทดสอบ 'สมอง' ที่เราสร้างขึ้นจากเซลล์เหล่านี้โดยการกระตุ้นให้เกิดการบาดเจ็บในระดับหนึ่ง และดูว่า – และเมื่อ – พวกมันแสดงกิจกรรมที่คล้ายกับโรคลมบ้าหมูหรือไม่

เป้าหมายสูงสุดของเราคือการทดสอบทางพันธุกรรมง่ายๆ ที่สามารถระบุได้ว่าคุณมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคลมบ้าหมูจากการบาดเจ็บที่ศีรษะเล็กน้อยหรือไม่ เช่น จากการเล่นฟุตบอลแอฟหรือกีฬาอื่นๆ

จะนำ "สมอง" เหล่านี้ไปใช้อย่างไรในอนาคต

'สมอง' ที่สังเคราะห์ทางชีวภาพของเราจะถูกใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองความผิดปกติทางระบบประสาทส่วนบุคคล

นี่คือจุดที่ 'สมอง' ที่เติบโตจากเซลล์ของผู้ป่วยเองสามารถช่วยให้แพทย์เข้าใจสภาพของตนเองได้ดีขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพการรักษา และแม้กระทั่งการพยากรณ์โรคในท้ายที่สุด< /พี>

สำหรับ RMIT งานนี้เปิดช่องทางใหม่ที่น่าตื่นเต้นสำหรับการออกแบบ การพัฒนา การผลิต และการแปลอุปกรณ์และระบบไฮบริดเมคคาทรอนิกส์ชีวภาพ

ในฐานะส่วนหนึ่งของการวิจัยเพื่อพัฒนาการรักษาโรคกล้ามเนื้อเสื่อม ทีมงานของคุณได้บุกเบิกเทคนิค "ม้าโทรจัน" ที่ผสมผสานวิศวกรรมของกล้ามเนื้อและการแก้ไขยีน มันทำงานยังไง?

แนวคิดพื้นฐานคือนำเซลล์จากผู้ที่มีการกลายพันธุ์ที่ทำให้กล้ามเนื้อเสื่อม แก้ไขการกลายพันธุ์ออก จากนั้นจึงนำเซลล์เหล่านั้นกลับเข้าไปในกล้ามเนื้อเพื่อให้ทำงานได้อีกครั้ง

มีการดำเนินการทางคลินิก การทดลองการบำบัดเซลล์แบบสร้างใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการบำบัดด้วยการปลูกถ่ายไมโอบลาสต์ แต่น่าเสียดายที่การทดลองเหล่านี้ล้มเหลวเนื่องจากเซลล์ที่ปลูกฝังไม่เจริญเติบโตและขยายตัว

ความแตกต่างในแนวทางของเราคือแทนที่จะฝังเซลล์โดยตรง เราปกป้องเซลล์เหล่านั้นด้วยเจลลี่ชนิดพิเศษที่ทำจากสาหร่ายทะเล นั่นคือ 'ม้าโทรจัน' ซึ่งเป็นเยลลี่สาหร่ายที่มีเซลล์กล้ามเนื้ออยู่ในนั้น ซึ่งร่างกายยอมรับได้ง่าย จากนั้นจึงปล่อยให้เซลล์ที่แข็งแรง 'บุกรุก' กล้ามเนื้อที่ป่วย

เทคนิคของเราส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายของเซลล์กล้ามเนื้อที่มีชีวิตอย่างไม่น่าเชื่อ โดยการศึกษาก่อนคลินิกในหนูแสดงให้เห็นนิวเคลียสหลายล้านเซลล์ที่เกิดจากเซลล์ 10,000 เซลล์ที่เราปลูกถ่ายในตอนแรก

การพิมพ์ 3 มิติและการพิมพ์ทางชีวภาพมีบทบาทอย่างไรในการทำงานของทีม

ที่ ACMD เราโชคดีที่ได้เข้าถึงการผลิตทางชีวภาพที่ล้ำสมัยและเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง รวมถึงเครื่องพิมพ์ชีวภาพเฉพาะทางที่ออกแบบมาสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตด้วยการพิมพ์ 3 มิติ และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ 3 มิติ การทำงานร่วมกับเทคโนโลยีเหล่านี้สร้างความแตกต่างอย่างมากให้กับความร่วมมือของเรา

ตัวอย่างเช่น เราใช้กระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่เรียกว่า 'การเขียนด้วยไฟฟ้าแบบละลาย' ในงานของเราเพื่อส่งเสริมเครือข่ายหลอดเลือดให้เติบโตในเนื้อเยื่อที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม ระบบนี้ยังใช้ในโครงสร้างการสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อของเราได้ ดังนั้นจึงมีลักษณะคล้ายกับเนื้อเยื่อหลอดเลือดมากขึ้น

แต่บางครั้งงานของเราไม่ได้เกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่ล่าสุด แต่เป็นการนำเอาสิ่งใหม่ๆ มาใช้กับเทคโนโลยีเก่า

นักวิจัยในทีมของเราพลิกการพิมพ์ 3 มิติแบบเดิมๆ เพื่อสร้างโครงสร้างทางชีวการแพทย์ที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อในการทำงานเกี่ยวกับการปลูกกระดูกและเนื้อเยื่อใหม่ วิธีการนอกกรอบของพวกเขาใช้เครื่องพิมพ์ 3D มาตรฐานเพื่อสร้างการปลูกถ่ายขนาดเล็กที่สามารถรองรับการเจริญเติบโตของเซลล์ได้

เมื่อเร็วๆ นี้เรายังเผยแพร่สูตรการสร้างกล้ามเนื้อซึ่งมีรายละเอียดส่วนผสม อุปกรณ์ และเทคนิคที่คุณจำเป็นต้องใช้ในการสร้างเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อโครงร่างเพื่อการทำงาน

เป็นบทสรุปของการทำงานของเราตลอดหลายปีที่ผ่านมาในการปรับปรุงหมึกพิมพ์ชีวภาพและการพิมพ์ทางชีวภาพเพื่อผลิตโครงสร้างกล้ามเนื้อโครงร่างที่พิมพ์ด้วย 3 มิติที่ใช้งานได้ เราหวังว่างานนี้จะช่วยให้เกิดการพัฒนากล้ามเนื้อสำหรับผู้ที่เป็นโรคกล้ามเนื้อและการบาดเจ็บได้ในที่สุด

คุณมีความร่วมมืออันยาวนานกับแพทย์และศัลยแพทย์ที่ St Vincent's Hospital Melbourne การก่อตั้ง ACMD ช่วยเร่งการวิจัยของทีมของคุณได้อย่างไร

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา ขณะที่ทีมของเราได้พัฒนาแนวทางด้านวิศวกรรมกล้ามเนื้อและเส้นประสาท เราก็ทำงานอย่างใกล้ชิดกับแพทย์และศัลยแพทย์มาโดยตลอดเพื่อพัฒนาวิธีแก้ปัญหาในชีวิตจริงสำหรับปัญหาสุขภาพในโลกเก่าที่เทคโนโลยีที่มีอยู่ยังไม่เพียงพอ

งานของเราไม่ได้เป็นเพียงแนวคิดที่น่าสนใจหรือความเป็นไปได้ทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นการแก้ปัญหาที่แพทย์และผู้ป่วยอาจต้องเผชิญในแต่ละวัน

เรากำลังทำงานโดยตรงกับผู้ที่สักวันหนึ่งจะใช้งานวิจัยของเราใน การปฏิบัติงานทางคลินิกและในห้องผ่าตัด พวกเขากำลังแบ่งปันความท้าทายและสิ่งที่จำเป็นในการช่วยเหลือผู้ป่วย

และนั่นคือสิ่งที่เราต้องการให้การวิจัยของเราทำในท้ายที่สุด นั่นคือการออกไปช่วยเหลือผู้คน

สมองสังเคราะห์ทางชีวภาพ กล้ามเนื้อออกแบบ ม้าโทรจัน... แนวคิดบางส่วนเหล่านี้ฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แล้วสิ่งเหล่านี้จะกลายเป็นความจริงทางคลินิกได้เมื่อใด

เป็นเรื่องจริงที่สิ่งที่เราทำอยู่นั้นอยู่ในขอบเขตของวิทยาศาสตร์ แต่เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงกำลังสร้างความแตกต่างในชีวิตของผู้ป่วยแล้ว เช่น การปลูกถ่ายกระดูกสันหลังด้วยการพิมพ์ 3 มิติที่ผลิตในประเทศแห่งแรกของออสเตรเลีย

RMIT ดำเนินการตามความคิดริเริ่มดังกล่าวได้นำไปสู่ทิศทางใหม่ในการออกแบบการปลูกถ่ายผู้ป่วยมะเร็งกระดูกรุ่นต่อไป ซึ่งเป็นโครงการที่มุ่งเน้นภายใน ACMD

โครงการที่มีความก้าวหน้าทางคลินิกบางโครงการของเราอาจต้องใช้เวลาอีก 5-10 ปีในการแปลทางคลินิก แต่เรายังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการปฏิวัติการพิมพ์ทางชีวภาพ 3 มิติ< /พี>

สิ่งที่ยอดเยี่ยมคือแนวทางทางคลินิก-วิทยาศาสตร์แบบร่วมมือกันของเราหมายความว่าเราสามารถข้ามแนวคิดที่ปฏิบัติไม่ได้ในอดีตซึ่งไม่สามารถทำได้ในชีวิตจริง และมุ่งเน้นไปที่การวิจัยที่มีศักยภาพในการสร้างผลกระทบมากที่สุด

ศาสตราจารย์ Rob Kapsa เป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยวิศวกรรมเนื้อเยื่อและชีวภาพ (BiTE) ที่ RMIT

เครือข่าย BiTE ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อรวบรวมนักวิชาการและผู้สมัครระดับปริญญาเอกที่ทำงานในสาขาวิศวกรรมชีวภาพที่กว้างขึ้น สู่พื้นที่ที่มุ่งเน้น BiTE ใหม่ ได้รับการสนับสนุนโดยแพลตฟอร์มการเปิดใช้งานขีดความสามารถของ RMIT สำหรับวัสดุขั้นสูง การผลิตและการแปรรูป และสุขภาพชีวการแพทย์ และ นวัตกรรม

ACMD เป็นศูนย์วิจัยวิศวกรรมชีวการแพทย์ในโรงพยาบาลแห่งแรกของออสเตรเลีย โดยมีพันธมิตร ได้แก่ St Vincent's Hospital Melbourne, RMIT University, University of Melbourne, Australian Catholic University, Swinburne University of Technology, University of Wollongong Australia, the Bionics Institute, St Vincent's Institute และศูนย์วิจัยดวงตาออสเตรเลีย

 ข้อความที่ตัดตอนมาจากข่าว RMIT: โกเซีย คาสซุบสกา

ศึกษา RMIT ปริญญาตรีสาขาชีวการแพทย์ใน School of Health and Biomedical Sciences เพื่อให้ได้รับความชื่นชมอย่างใกล้ชิด ของการวิจัยที่ก้าวล้ำนี้

ในระดับที่ยืดหยุ่นนี้ คุณจะพัฒนาความเข้าใจในวงกว้างเกี่ยวกับกายวิภาคของมนุษย์ สรีรวิทยา และพยาธิวิทยาจากเซลล์ ถึงระดับระบบ

วิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์เป็นรากฐานของความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีการทำงานของร่างกายมนุษย์และสัตว์ และการตอบสนองของร่างกายต่อโรคต่างๆ การออกกำลังกาย การรับประทานอาหาร สิ่งรบกวนภายใน และอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม

เป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่เกี่ยวกับการทำความเข้าใจร่างกายมนุษย์และวิธีที่ร่างกายมีปฏิสัมพันธ์กับโรค - มันเกิดขึ้นได้อย่างไร เกิดอะไรขึ้น และเราสามารถควบคุม รักษา และป้องกันโรคได้อย่างไร วิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์เกี่ยวข้องกับความเข้าใจเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยาของมนุษย์ รวมถึงชีวเคมี

นอกเหนือจากความเข้าใจพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์แล้ว คุณจะมีโอกาสเลือกวิชาเลือกเฉพาะทางในปีสุดท้ายของคุณ นอกจากนี้คุณยังจะได้รับความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการวิจัยและประสบการณ์เกี่ยวกับเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่ใช้ในการวิจัยทางชีวการแพทย์

ถามเราเกี่ยวกับปริญญานี้ที่ RMIT