به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، آسیب‌های نخاعی از جمله پیچیده‌ترین مشکلات پزشکی هستند که اغلب به ناتوانی‌های دائمی و کاهش شدید کیفیت زندگی بیماران منجر می‌شوند. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در درمان این آسیب‌ها، توانایی محدود سیستم عصبی مرکزی برای بازسازی طبیعی است. اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه ETH زوریخ و دانشگاه زوریخ رویکردی نوآورانه را معرفی کرده‌اند که در آن سلول‌های پیش‌ساز عصبی با نانوذرات مغناطیسی ترکیب شده و ساختارهایی موسوم به میکروربات‌های زیستی یا NPCbot را تشکیل می‌دهند. این میکروربات‌ها پس از هدایت به محل ضایعه توسط میدان‌های مغناطیسی خارجی، سیگنال‌های الکتریکی بسیار ظریفی تولید می‌کنند که موجب تمایز سلول‌های عصبی و تسریع ترمیم بافت آسیب‌دیده می‌شود. آزمایش‌ها در ماهی گورخری و موش نشان داده است که این فناوری می‌تواند بهبود قابل توجهی در عملکرد حرکتی ایجاد کند و راه را برای نسل جدید درمان‌های بازساختی هموار سازد. نتایج این پژوهش در مدل‌های حیوانی امیدهای تازه‌ای را برای درمان ضایعات نخاعی و بازگرداندن عملکرد حرکتی بیماران ایجاد کرده است.

آسیب نخاعی

آسیب نخاعی یکی از مهم‌ترین علل ناتوانی دائمی در سراسر جهان محسوب می‌شود. هر ساله هزاران نفر در اثر تصادفات، سقوط از ارتفاع، آسیب‌های ورزشی و حوادث مختلف دچار صدمات نخاعی می‌شوند. برخلاف بسیاری از بافت‌های بدن، نخاع توانایی محدودی برای بازسازی دارد و همین موضوع موجب می‌شود که بسیاری از بیماران با فلج دائمی یا اختلالات شدید حرکتی مواجه شوند. در دهه‌های گذشته پژوهشگران تلاش‌های گسترده‌ای برای یافتن روش‌های درمانی مؤثر انجام داده‌اند. دارودرمانی، تحریک الکتریکی، پیوند سلول‌های بنیادی و استفاده از داربست‌های زیستی از جمله راهکارهایی بوده‌اند که مورد بررسی قرار گرفته‌اند. با وجود پیشرفت‌های قابل توجه، هنوز هیچ روش درمانی قطعی برای بازگرداندن کامل عملکرد عصبی در بیماران مبتلا به آسیب شدید نخاعی وجود ندارد. در چنین شرایطی ظهور فناوری‌های نوین در مرز میان مهندسی پزشکی، رباتیک و زیست‌فناوری توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. یکی از این فناوری‌ها استفاده از میکروربات‌های زیستی است؛ سامانه‌هایی در مقیاس میکروسکوپی که می‌توانند به طور هدفمند در بدن حرکت کرده و وظایف درمانی مشخصی را انجام دهند. خبر تازه منتشرشده از سوئیس نشان می‌دهد که ترکیب این فناوری با سلول‌های بنیادی عصبی ممکن است مسیر جدیدی برای درمان ضایعات نخاعی ایجاد کند.

تاریخچه

استفاده از سلول‌های بنیادی برای ترمیم سیستم عصبی از بیش از دو دهه پیش آغاز شد. پژوهشگران دریافتند که سلول‌های پیش‌ساز عصبی قادرند به انواع مختلف سلول‌های سیستم عصبی تبدیل شوند و در شرایط مناسب به بازسازی بافت آسیب‌دیده کمک کنند. با این حال چالش‌های متعددی مانع موفقیت کامل این روش‌ها بود. بسیاری از سلول‌های پیوندی پس از انتقال به بدن زنده نمی‌ماندند یا در محل مناسب مستقر نمی‌شدند. علاوه بر این، تمایز سلولی اغلب به صورت کنترل‌نشده رخ می‌داد و سلول‌ها نمی‌توانستند ارتباط مؤثری با بافت میزبان برقرار کنند. در سال‌های اخیر استفاده از تحریک الکتریکی برای هدایت رشد سلول‌های عصبی مورد توجه قرار گرفت، اما این روش نیازمند کاشت الکترود در نزدیکی نخاع بود که با محدودیت‌های فنی و خطرات جراحی همراه است. همزمان با این پیشرفت‌ها، حوزه میکرورباتیک پزشکی نیز رشد چشمگیری را تجربه کرد. دانشمندان توانستند ربات‌هایی در ابعاد میکرومتری طراحی کنند که تحت کنترل میدان‌های مغناطیسی خارجی حرکت می‌کنند. ترکیب این دو حوزه سرانجام به ایده ساخت میکروربات‌های زیستی منجر شد؛ ساختارهایی که هم ویژگی‌های درمانی سلول‌های بنیادی را دارند و هم قابلیت هدایت و کنترل رباتیک را در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهند.

شیوه مطالعاتی

در این پژوهش، دانشمندان از سلول‌های پیش‌ساز عصبی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی استفاده کردند. این سلول‌ها با نانوذرات ویژه‌ای ترکیب شدند که دو عملکرد مهم را بر عهده دارند. نخست اینکه به میدان‌های مغناطیسی پاسخ می‌دهند و امکان هدایت میکروربات را فراهم می‌کنند. دوم اینکه می‌توانند انرژی مغناطیسی را به تحریکات الکتریکی تبدیل کنند. پژوهشگران این ساختارهای ترکیبی را NPCbot نامیدند. سپس میلیون‌ها عدد از این میکروربات‌ها با استفاده از سامانه‌های میکروسیالی تولید شدند. در مرحله نخست، آزمایش‌ها روی لاروهای ماهی گورخری انجام شد که به دلیل شفاف بودن بدن و توانایی بالای بازسازی عصبی، مدل مناسبی برای مطالعه ترمیم نخاع محسوب می‌شوند. پس از تزریق میکروربات‌ها به محل ضایعه، میدان‌های مغناطیسی خارجی برای هدایت و فعال‌سازی آن‌ها به کار گرفته شد. در مرحله بعد، آزمایش‌های مشابه در موش‌های مبتلا به آسیب کامل نخاعی انجام شد. در این حیوانات حدود پانصد هزار میکروربات به ناحیه آسیب‌دیده منتقل شد و طی دو هفته تحریک مغناطیسی روزانه اعمال گردید.

نتایج کسب شده

نتایج مطالعه بسیار امیدوارکننده بود. در مدل ماهی گورخری، تنها سه روز پس از درمان، حیوانات توانستند بخش عمده‌ای از توانایی شنا و رفتارهای اکتشافی خود را بازیابند. بررسی‌های بافت‌شناسی نشان داد که سلول‌های موجود در میکروربات‌ها به سرعت به سلول‌های عصبی و سلول‌های پشتیبان سیستم عصبی تبدیل شده‌اند. در موش‌ها نیز نتایج چشمگیری مشاهده شد. طی چهار هفته پس از درمان، حیوانات بهبود قابل توجهی در عملکرد حرکتی نشان دادند. ارزیابی‌های الکتروفیزیولوژیک نیز نشان داد که انتقال پیام‌های عصبی میان مغز و عضلات نسبت به گروه کنترل افزایش یافته است. یکی دیگر از یافته‌های مهم مطالعه، تجمع مؤثر میکروربات‌ها در محل ضایعه بود. این موضوع نشان می‌دهد که هدایت مغناطیسی می‌تواند انتقال سلول‌های درمانی را بسیار هدفمندتر از روش‌های متداول انجام دهد. همچنین در طول دوره مطالعه هیچ نشانه قابل توجهی از عوارض جانبی یا واکنش‌های ایمنی شدید مشاهده نشد که از نظر ایمنی درمان اهمیت فراوانی دارد.

دستاورد

مهم‌ترین دستاورد این پژوهش ارائه رویکردی جدید برای غلبه بر محدودیت‌های درمان‌های سلولی کلاسیک است. در حالی که بسیاری از روش‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی با مشکل بقای سلول، تمایز ناکافی و عدم استقرار مناسب مواجه هستند، میکروربات‌های زیستی امکان هدایت دقیق، کنترل از راه دور و تحریک هدفمند سلول‌ها را فراهم می‌کنند. این فناوری همچنین نیاز به کاشت الکترودهای دائمی در نخاع را از میان برمی‌دارد. در نتیجه می‌توان با استفاده از میدان‌های مغناطیسی خارجی، سلول‌ها را بدون مداخله تهاجمی فعال کرد. از دیدگاه پزشکی بازساختی، این دستاورد نشان‌دهنده همگرایی موفق سه حوزه مهم شامل سلول‌های بنیادی، نانوفناوری و رباتیک پزشکی است. علاوه بر درمان آسیب نخاعی، پژوهشگران معتقدند که این فناوری می‌تواند در ترمیم بافت‌های عصبی دیگر، درمان بیماری‌های تخریب‌کننده سیستم عصبی، بهبود زخم‌ها و حتی برخی کاربردهای قلبی و سرطان‌شناسی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین دامنه تأثیر بالقوه این دستاورد بسیار فراتر از یک بیماری خاص است.

گام بعدی مطالعه

اگرچه نتایج به‌دست‌آمده بسیار امیدوارکننده هستند، اما مسیر طولانی تا کاربرد بالینی در انسان باقی مانده است. پژوهشگران در مرحله بعد قصد دارند کارایی این میکروربات‌ها را در حیوانات بزرگ‌تر بررسی کنند تا شرایط فیزیولوژیک نزدیک‌تری به بدن انسان ایجاد شود. یکی از اهداف اصلی آینده، توسعه روش‌های دقیق‌تر برای ردیابی و کنترل میکروربات‌ها در بافت‌های عمقی بدن است. همچنین سرنوشت بلندمدت نانوذرات مغناطیسی و میزان ایمنی آن‌ها باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. در صورت موفقیت مطالعات پیش‌بالینی آینده، امکان طراحی کارآزمایی‌های انسانی فراهم خواهد شد. بسیاری از متخصصان معتقدند که اگر این فناوری بتواند اثربخشی خود را در انسان نیز نشان دهد، ممکن است یکی از مهم‌ترین تحولات پزشکی بازساختی در دهه آینده رقم بخورد و امید تازه‌ای برای میلیون‌ها بیمار مبتلا به آسیب نخاعی در سراسر جهان ایجاد کند.

پایان مطالب/.