- العلوم الصرفة
- الرقاقة , التقنية , الانسان
الانسان على رقاقة
الطريقة الاكثر دقة لدراسة فسلجة جسم الكائن الحي هي اجراء التجارب داخل جسم الكائن الحي مع ذلك فأن وظائف الجسم الحي تعتمد على تفاعل وتأقلم الكثير من المكونات الصغيرة داخله مثل الانسجة والخلايا والبروتينات والجينات, لذلك من الصعب الكشف ببساطة عن الالية الفسلجية داخل الجسم الحي عند تقييم فعالية وسمية الادوية على الاف من المكونات الحية. لذلك لجأ العلماء الى استخدام زراعة الخلايا خارج الجسم الحي ضمن بيئة مسيطر عليها. ولعقود من الزمن شكل نظام زراعة الخلايا قاعدة مهمه لإجراء بحوث ودراسة وظائف مختلف الخلايا ونواتجها الأيضية و رغم ذلك لم تسجل نجاحا في محاكاة بعض الظواهر الفسلجية للأنسجة والاعضاء الحية وكذلك التفاعلات داخل الاعضاء, فضلا عن تكرار التجربة على الحيوانات المختبرية لتحقق من نواتج التجربة. وللاختلاف النوعي بين الحيوان والانسان فشلت بعض التجارب في تطبيقها على الانسان وكذلك للكلفة العالية ولقضايا اخلاقية تتعلق بحقوق الحيوان ففي الاختبارات قبل السريرية, الوصف غير الدقيق لبيئة نسيج الانسان يؤدي الى تنبأت غير دقيقة لتأثيرات مشتركة لوظيفة النسيج ككل. لذلك تم تصميم تقنية للمحاكاة الحيوية لعضو جسم الانسان تبنى داخل رقاقة السائل الدقيق تدعى عضو على رقاقة organ on a chip.
هذه الرقاقة تحوي على خلايا حية لأنسان ومحاطه بظروف مماثلة لجسم الانسان اذ توفر بيئة حركية وتفاعلية مع انواع مختلفة من الخلايا. فلنأخذ مثال لرقاقة تحتوي على نسيج الرئة: هذه الرقاقة تحتوي على ثلاثة قنوات لسوائل, القناة الوسطية تحوي على غشاء مرن ذو مسامات يوضع على سطحه العلوي خلايا رئة الانسان اما على سطحه السفلي فيوضع خلايا الاوعية الدموية الشعرية. يمرر الهواء عبر القناة العليا ويمرر سائل يحتوي على المغذيات عبر القناة السفلى ويمكن تسليط قوة حركية على الغشاء تحاكي حركة رئة الانسان من تمدد وشد لنسيجها عند التنفس. هنا اصبحت رقاقة الرئة جاهزة لتجربة العدوى البكتيرية اذ يتم اضافة خلايا البكتريا عبر قناة الهواء واضافة خلايا الدم البيض عبر قناة سائل المغذيات وعند تحسس الخلايا البيض للالتهاب سوف تخترق خلايا الاوعية الشعرية والغشاء المرن وصولا الى خلايا الرئة الملتهبة وتلتهم البكتريا المسببة للالتهاب. تم تصنيع عده انواع مختلفة من هذه الرقاقات تحتوي على انواع مختلفة للأنسجة وهنا سجلت القوة الحقيقة لهذه التقنية اذ يمكن ربط هذه الرقاقات بواسطة امرار نفس السائل عبرهم جميعا لتشكيل ما يسمى الانسان على رقاقة Human on a chip اذ من خلالها يمكن دراسة مدى تفاعل النواتج الايضية لنسيج مع نسيج اخر ومدى اوسع لدراسة العوامل المؤثرة على انواع مختلفة من الانسجة في آن واحد كما يحدث في جسم الكائن الحي. مثلا عند حقن دواء معين في نسيج رقاقة الرئة بالإمكان متابعة تأثيره على القلب او هل يمتلك سمية او يمكن معادلة السموم بواسطة نسيج الكبد. هذه التقنية تمكننا من تجربة العديد من المنتجات على انسجة الاطفال والنساء الحوامل اذ سابقا لم يكن هناك تجارب سريرية عليهم وكذلك يمكن تجربتها على انسجة اشخاص من مجتمعات واعراق مختلفة.
بعض التحديات التي تواجه انتشار تقنية الانسان على رقاقة هي قلة عدد الرقاقات متعددة الانسجة بسبب كثرة التعقيدات الحيوية والتقنية في انتاج هذا النوع من الرقاقات, كذلك ايجاد الوسط المغذي الملائم لجميع الانسجة, فضلا عن مشكلة الاوكسجين. الانتاجية القليلة والكلفة العالية لتقنية الانسان على رقاقة مقارنة برقاقة النسيج الواحد حدت من تطبيق مراحل متقدمة من عمليات تطور الادوية. و لا زالت الدراسات مستمرة لتغلب على العديد من التحديات وتحقيق النتائج المطلوبة.
- Benam, K., Villenave, R., Lucchesi, C. et al. Small airway-on-a-chip enables analysis of human lung inflammation and drug responses in vitro. Nat Methods 13, 151–157 (2016).
- Edington, C.D., Chen, W.L.K., Geishecker, E. et al. Interconnected Microphysiological Systems for Quantitative Biology and Pharmacology Studies. Sci Rep 8, 4530 (2018).
- Eva-Maria Dehne, Uwe Marx. Organ-on-a-chip, Engineered Microenvironments for Safety and Efficacy Testing. Chapter 13 – Human body-on-a-chip systems. (2020).
- Wu, Q., Liu, J., Wang, X. et al. Organ-on-a-chip: recent breakthroughs and future prospects. BioMed Eng OnLine 19, 9 (202