ابتکاری جدید برای مقابله با ویروس کرونا

تحقیقات کووید-۱۹نقش اساسی سیستم ایمنی بدن را در درمان و پیشگیری از بیماری به‌ویژه توانایی سیستم ایمنی در خنثی کردن میزبان‌های نگهبان مولکولی معروف به آنتی‌بادی را نشان داده‌اند. تزریق آنتی‌بادی علیه انواع مختلف پاتوژن‌ها توانایی کمک به مقابله با عفونت فعال و جلوگیری از آن را در آینده ایجاد می‌کنند.

اما به دست آوردن آنتی‌بادی مشکل است. اگرچه می‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه پرورش داد اما انجام این کار یک فرآیند طولانی است که شامل یافتن ژن‌های کد کننده آنتی‌بادی‌ها و سپس همکاری سلول‌ها برای تولید انبوه آن‌هاست. بیشتر اوقات، آنتی‌بادی از پلاسمای خون افرادی که از عفونت بهبود یافتند، ناشی می‌شود و به سخاوت اهداکنندگان انسانی سالم متکی است. با این وجود، ممکن است آنتی‌بادی‌های برداشت‌شده نوع مناسبی نباشند. در مورد بیماری همه‌گیر  کووید-۱۹زمان بسیار مهم است و علم نمی‌تواند زمان ایجاد کند.

سیستم ایمنی بدن چتری برای انواع سلول‌ها و اندام‌های مختلف مانند طحال، لوزه‌ها و مغز استخوان است که در مبارزه با عوامل بیماری‌زا نقش دارند. با استفاده از پیشرفت‌های اخیر در چاپ سه‌بعدی، پرلیس راهی پیدا کرده که این سیستم را به چند عنصر اساسی تبدیل کند که بتواند از بدن خارج و روی نیمکت آزمایشگاه قرار دهد. اگر بتوان از آن برای تولید انواع آنتی‌بادی‌ها در مقیاس بزرگ استفاده کرد، می‌توان ابزاری ارزشمندی را برای دورنگه داشتن همه‌گیری فعلی و همه‌گیری‌های آینده فراهم کرد.

احتمالا تا زمانی که بیمار نباشید به فکر غدد لنفاوی خود نیستید و در زمان بیماری آن‌ها چنان دردناک و متورم می‌شوند که دیگر نمی‌توانید به چیز دیگری فکر کنید. این اندام‌های لوبیایی شکل، نیروگاه‌های ایمنی هستند که به‌طور راهبردی در سراسر بدن شما مستقر شدند و آنتی‌بادی‌های لازم برای مبارزه با عفونت را منتقل می‌کنند. نسخه‌های مصنوعی می‌توانند از توانایی‌های آن‌ها تقلید کرده و به ابزاری قدرتمند در این زمینه تبدیل شوند، اما به دلیل تفکیک مکانی و وابستگی آن‌ها به ورودی‌های بسیاری از دیگر قسمت‌های بدن  ساخت آن‌ها در آزمایشگاه بسیار دشوار است.

بیشتر بافت‌ها فقط در دو بعد رشد می‌کنند. در سال ۱۹۷۵جیمز راینوالد، دکترای علوم پزشکی و هوارد گرین، دکترای زیست‌شناسی موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از عوامل رشد و برخی سلول‌های گرفته‌شده از بیوپسی (نمونه‌برداری) پوست انسان طی چند هفته‌ در یک ظرف ساده آزمایشگاهی ورقه‌های ظریف پوست کاملا منسجم ایجاد کردند که آغاز تولید بافت مدرن بود. طی سال‌ها این فرآیند از ظرف خارج‌شده و به دستگاه‌های تولیدی پیشرفته تبدیل‌شده است. امروزه مهندسان زیستی در حال کشف پتانسیل جدید و مهیج در جوهرهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی و ماشین‌آلات پیچیده چاپگرهای سه‌بعدی هستند. کشت سلول‌ها در فضای دوبعدی ظرف هنوز هم در اکثر تحقیقات اولیه دارویی و زیست پزشکی روشی استاندارد است.

اگر هدف، سنتز اندام  مانند گره لنفاوی باشد ظرف کافی نیست. هر باغبان ماهری می‌تواند به شما بگوید که اگر در گلدان بذری بکاری ترکیبی از خاک، نور خورشید و آب موجب رشد آن می‌شود. اندام‌های ما نیز به همین روش کار می‌کنند؛ آن‌ها نه‌تنها به خاک سلولی خوب بلکه به فضای انشعاب از همه جهات برای رسیدن به پتانسیل کامل خود احتیاج دارند، آن‌ها غیر از کف به داربست و فضای بیشتر نیز برای رشد نیاز دارند.

دکتر دیپاک لامبا  دانشیار چشم‌پزشکی از دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو که آزمایشگاه وی درحال‌توسعه مدل‌های سه‌بعدی شبکیه چشم برای بیماری‌های نادر چشم است، می‌گوید: "تعدادی از تحقیقات در رده سلول‌های کلاسیک و مطالعات حیوانی در آزمایش‌های بالینی به دلیل این تفاوت‌ها ناکام مانده‌اند."

ملانی ماتئو، دکترای علوم پزشکی  که  در حال حاضر برای اظهارنظر در دسترس نبود، با  کمک چاپ Prellis Biologics در سال ۲۰۱۶، باهدف چاپ بافت‌های انسانی برای تحقیقات و اعضای قابل پیوند برای بیماران انسانی  به‌خوبی با این چالش‌ها آشناست. همان‌طور که وی در ماه آوریل به مرکز IndieBio ( شرکت سرمایه گذاری و شتاب‌دهنده فعالیت بیوتکنولوژی مستقر در سان فرانسیسکو که در ابتدا به سرمایه‌گذاری کمک کرد) توضیح داد که سال‌ها  در مورد سیستم لنفاوی و نحوه تلاقی ساختار و عملکرد آن را برای ایجاد یک پاسخ ایمنی بهینه تحقیق کرده است.

برای حل مشکل ساختار هنگام ساخت ارگان به‌صورت سه‌بعدی  ضروری است که با یک داربست خوب شروع کنید. هرچه داربست با جزئیات بیشتری ارائه شود، می‌تواند به شکل طبیعی اندام همراه با اتصالات آن با سایر بافت‌ها و اندام‌ها نزدیک‌تر باشد و عملکرد آن را تقلید کند. توجه پرلیس به این جزئیات باعث می‌شود تلاش قبلی برای ایجاد مجدد غدد لنفاوی با آزمایشگاه‌های دیگر افزایش یابد.

افراد معمولا می‌گویند: " شما آنتی‌بادی مثبت دارید بنابراین باید ایمن باشید. این گفته ممکن است درست باشد یا نباشد. "

تعداد انگشت‌شماری از دانشمندان مطالعاتی برای اثبات این مفهوم منتشر کرده‌اند که نشان می‌دهد امکان تقلید از غدد لنفاوی در آزمایشگاه وجود دارد و اغلب با رشد سلول‌های ایمنی روی پلیمرهای ژلاتینی که تا حدودی تقریبی از غدد لنفاوی واقعی هستند امکان پذیر است اما این مورد شامل چاپ سه‌بعدی گره‌های لنفاوی نیست. اکثر این تقلیدها قادر به تولید آنتی‌بادی‌های عملکردی در انواع مختلفی که در موارد بالینی مفید باشند، نیستند.

روش  پرلیس با تاکید بر داربست‌های دقیق  امکان رشد اندام‌هایی را فراهم می‌کند که غنی از رگ‌های خونی هستند؛ توانایی بازآفرینی ساختارهای پیچیده مانند رگ‌ها و مویرگ‌ها، ماده اصلی در ساختن غدد لنفاوی مصنوعی که شامل مش‌های ظریف عروق و مجاری باشد و قابلیت آزادسازی عوامل بیماری‌زا و تولید آنتی‌بادی داشته باشد. در سال ۲۰۱۷، پرلیس شبکه‌ای از صدها گره لنفاوی را که با خون از یک اهداءکننده سالم تامین می‌شود را چاپ کرد تا آنتی‌بادی علیه ویروس زیکا انسانی تولید کند.

آنان هنگامی‌که غدد لنفاوی را در معرض سارس-کوو-۲ قراردادند طی چند هفته صدها آنتی‌بادی بالقوه تولید و با همان سیستم ایمنی مصنوعی موفقیت مشابهی کسب کردند. این فرایند  ازلحاظ تئوری می‌تواند به‌سرعت مقیاس‌بندی شود و آنتی‌بادی‌هایی برای استفاده مستقیم برای درمان یا تحقیق ایجاد کند.

در ماه مه، پرلیس در حال آماده‌سازی بود تا دریابدکه آنتی‌بادی‌های تازه کشف‌شده آنان در کشت سلول (یک‌قدم تا آزمایش‌های بالینی فاز یک) چگونه عمل می‌کند. این شرکت نشان داده است که این غدد لنفاوی مصنوعی می‌توانند تعداد زیادی آنتی‌بادی ایجاد کنند، اما قبل از آزمایش این آنتی‌بادی‌ها بر روی حیوانات و انسان پرلیس باید نشان دهد که آنتی‌بادی‌ها می‌توانند به‌طور موثر در سلول‌ها به ویروس متصل شوند. همچنین باید هرگونه عوارض جانبی احتمالی را نیز مشخص کند.

وجود تعداد زیادی آنتی‌بادی قابل‌دسترس می‌تواند توسعه روش‌های درمانی را به نفع بیماران تسریع کند. اما پاسخ ایمنی به تولید آنتی‌بادی ختم نمی‌شود و ممکن است علت این‌که بیماری برخی افراد از دیگران سخت‌تر است یا اصلا علائمی ندارند را نیز توضیح دهد. آنتی‌بادی‌ها متفاوت هستند و وجود هر نوع در خون، در مورد عفونت شما به پزشک موردی را بیان کند، ازجمله اینکه آیا بهبود یافتید یا سیستم ایمنی بدن شما هنوز با عامل بیماری‌زا مقابله می‌کند.

این سیستم صدها نوع از آنتی‌بادی IgG  را تولید کرده است. بیشتر آزمایش‌ها و درمان‌های آنتی‌بادی بر روی این نوع آنتی‌بادی‌ها متمرکز هستند، اما دانشمندان درک نقش بزرگتری برای انواع دیگر آنتی‌بادی‌ها در پاسخ کلی ایمنی  به‌ویژه در تنوع گسترده بین گروه‌های مختلف بیمار و شدت علائم آنان را نیز بررسی می‌کنند.

نکته مهم نه‌تنها در تعداد آنتی‌بادی‌ها، بلکه در آنچه به‌عنوان ظرفیت خنثی‌سازی شناخته می‌شود(توانایی آنتی‌بادی‌های فرد برای جلوگیری از عفونت ویروسی)  نیز است. کارهای مقدماتی میکروبیولوژیست دکتر کنت استپلفورد و گروه وی در دانشگاه نیویورک امریکا نشان می‌دهد که ظرفیت خنثی‌سازی می‌تواند از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت باشد و نه‌تنها پاسخ فوری به عفونت ویروسی بلکه ایمنی طولانی‌مدت را نیز تحت تاثیر قرار دهد.

وی گفت: "برای مصونیت در برابر عامل بیماری‌زا ممکن است فقط به مقدار کمی آنتی‌بادی یا شاید به یک تن آنتی‌بادی نیاز داشته باشید. بااین‌حال، موارد زیادی وجود دارد که شامل این مقدار، نوع و محل اتصال آنتی‌بادی به ویروس می‌شود. "

IgG معمولا ازنظر درمانی واحد منفرد آنتی‌بادی معرفی می‌شود زیرا فراوان‌ترین مولفه پاسخ ایمنی است و با شدت بیشتری به اهداف خود حمله می‌کند. وی تاکید کرد که مصونیت چیزی فراتر از  بازی اعداد است.

استپلفورد خاطرنشان می‌کند: "ما و دیگران دریافتیم که فقط IgG محافظت ایجاد نمی‌کند و نتایج تحقیقات اولیه بر روی گروهی از افرادی که به‌تازگی از بیماری کووید۱۹ بهبودیافته بودند نشان داد، افرادی که بالاترین ظرفیت خنثی‌سازی رادارند کسانی هستند که طیف گسترده‌ای از آنتی‌بادی‌ها رادارند.

این یک موازنه حساس برای ایجاد آنتی بادی در آزمایشگاه خواهد بود، اما اگر تنوع واقعا کلید بهبود و مصونیت طولانی‌مدت باشد این توازن مهم است. گره‌های لنفاوی پرلیس می‌توانند دقیقا نوع تطبیق‌پذیری لازم برای کشف این تغییرات ظریف را ارائه دهند.

درحالی‌که بیشتر روش‌های درمانی از چند آنتی‌بادی جداشده تولید می‌شود، سیستم پرلیس کل پاسخ ایمنی را دارد و این به عهده محققان است که بخواهند بیشتر بر روی کدام عناصر تمرکز کنند. مواد اولیه برای گره‌های لنفاوی به محققان بینش گسترده‌ای در مورد پاسخ ایمنی در مورد افراد بدون علامت و یا حتی با سویه‌های مختلف ویروس ارائه دهد.

درحالی‌که آنتی‌بادی‌های سارس-کوو-۲ هنوز به مرحله بالینی نرسیدند، این فناوری می‌تواند پلی بسیار ارزشمند بین آزمایشگاه و کلینیک باشد زیرا دانشمندان و متخصصان پزشکی تلاش می‌کنند تا بر همه‌گیر کنونی حاکم و برای مورد بعدی آماده شوند.