ما هي هندسة النسيج الحيوي وما تطبيقاتها؟

ما هي هندسة النسيج الحيوي؟

تعد هندسة النسيج الحيوي أحد أهم فروع الهندسة الطبية. تستخدم هندسة النسيج الحيوي مجموعة طرق من العلوم الهندسية والخلايا الحية بالإضافة إلى علم المواد الحيوية وعلوم الكيمياء بهدف إنتاج أنسجة جديدة مشابهة للأنسجة التالفة لاستبدالها.

تعد قدرة الجسم على تجديد الأنسجة التالفة ضعيفة، ومن الممكن أن يحدث تلف أو فقدان أنسجة بسبب الأمراض أو الحوادث. في حال لم يتم إصلاح أو إزالة النسيج المتضرر، قد يمتد التلف إلى أنسجة أخرى، مما يؤدي إلى تفاقم الحالة. من هنا، جاءت أهمية هندسة النسيج الحيوي والتي تقوم على استخدام المواد الحيوية والخلايا الحية لإنتاج أنسجة وظيفية جديدة لإصلاح أو استبدال الأعضاء البشرية التالفة.

ما هو الهدف من الهندسة النسيجية الحيوية؟

تستخدم هندسة النسيج الحيوي بشكل رئيسي لإنتاج وتطوير نسج جديدة تستخدم لإصلاح أو استبدال النسج التالفة مثل أنسجة الغضاريف، وأنسجة القلب مثل الصمامات القلبية، وأنسجة البنكرياس المنتجة للأنسولين، والأنسجة الوعائية مثل الأوعية الدموية. وتستخدم أيضا لأغراض بحثية، يمكن الاستفادة منها لدراسة سلوك خلايا معينة. كما يمكن استخدامها لخلق بيئة نسيجية محاكية للجسم البشري لاختبار تأثير الأدوية عليها.

كيف تعمل هندسة النسيج الحيوي؟

الهدف من عملية هندسة النسج هو إنتاج نسيج ثلاثي الأبعاد. من أجل ذلك يتم أولًا زرع الخلايا والجزيئات الحيوية على هياكل تدعى بالسقالات.

 السقالات هي عبارة عن هياكل أو قوالب تشبه شكل النسيج الذي نريد إنتاجه، وهي نوعان, النوع الأول هو سقالات حيوية مصنوعة من جزء حقيقي من الجسم لكنه معالج كيميائيًا. والنوع الثاني صناعية وتكون مصنوعة من مواد خاصة متوافقة حيويًا ولا تسبب رفض مناعي كبير داخل الجسم الحي.

ينمو النسيج ضمن هذه السقالات وفي ظروف ملائمة، بحيث يأخذ نفس شكلها عند انتهاء النمو وبالتالي نحصل على النسيج المطلوب.[1]

ما هو نوع الخلايا المستخدم في هندسة النسيج الحيوي؟ وما هي الجزيئات الحيوية؟

تستخدم الخلايا الجذعية، وهي خلايا غير متمايزة، يمكنها التكاثر والتمايز إلى أي نوع من الخلايا كالخلايا العضلية أو العصبية، كما أن لها القدرة على التكاثر والتجدد باستمرار. لهذه الخلايا نوعان:

• الخلايا الجذعية الجنينية: وتوجد في بطانة المشيمة للجنين، وتتصف بالقدرة العالية على التكاثر والتمايز إلى أي نوع من الخلايا عدا خلايا المشيمة والأغشية المحيطة بالجنين.
• الخلايا الجذعية الناضجة: وتوجد في عدة مناطق من جسم الإنسان، وظيفتها تعويض الخلايا التالفة بشكل طبيعي بعد انتهاء العمر المحدد لها.[1]

بعد معالجة الخلايا وزرعها ضمن السقالات، يجب إضافة مواد خاصة لتحفيز الخلية على أداء وظائفها بشكل طبيعي كالانقسام وأخذ الأغذية من الوسط المغذي الخاص. وتسمى هذه المواد المضافة بالجزئيات الحيوية أو الحبر الحيوي.[3]

ما هي أهم تطبيقات هندسة النسج الحيوية؟

قام باحثون في «المعهد الوطني للهندسة الطبية والحيوية – NIBIB» بالعديد من التجارب والأبحاث ضمن هذا المجال، وأهمها:

• التحكم في الخلايا الجذعية من خلال البيئة المحيطة:

تم في هذه التجربة وضع الخلايا الجذعية ضمن بيئات فراغية مختلفة، وقد تبين اختلاف نوع الخلايا التي تحولت لها الخلايا الجذعية باختلاف المكان الذي وضعت فيه. أي أنه تم اكتشاف طريقة ميكانيكية-حيوية لتحديد تمايز الخلايا.

• زراعة كبد إنسان في أجسام الفئران:

قام باحثون بتطوير أنسجة كبد بشرية يمكن زراعتها في أجسام الفئران، بحيث يحافظ فأر التجارب على كبده الطبيعي. وبما أن الكبد الجديد يستطيع استقلاب الأدوية بشكل مماثل لكبد الإنسان، يمكن الاستفادة منه لاختبار الأدوية وكيفية استقلابها على الكبد البشري المزروع قبل توجيهها للبشر.

• صناعة وسط خاص للإبقاء على النسيج أثناء تطويره:

وجد الباحثون أن النسيج في أطواره الأولى لا يستطيع أخذ الغذاء من الشعيرات الدموية بسبب قلة سماكة وبالتالي يتلف النسيج بسبب انعدام التغذية، لذلك يجب أن يوضع النسيج في مراحله الأولى ضمن مادة هلامية مغذيّة طول فترة النمو في المختبر، وهذه المادة تختلف باختلاف نوع النسيج الذي نريد تطويره.[2]

المصادر:

[1]-Very Well Health
[2]-National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering
[3]-Massachusetts Institute of Technolog

Author: Hasan Abdulrahman

مهندس اختصاصي في الهندسة الطبية الحيوية ، مهتم بالبرمجة والذكاء الصنعي ودمجهما مع الطب.