إن التطوير الدولي، بقيادة جامعتي تل أبيب وهارفارد، قد يؤدي إلى تحسين العملية المستخدمة اليوم في تطوير الأدوية بشكل كبير، وتوفير الوقت والموارد والمعاناة المرتبطة بالتجارب على الحيوانات والتجارب السريرية البشرية. تم نشر مقالتين حول هذا الموضوع في مجلة Nature Biomedical Engineering
نجح باحثون من جامعة تل أبيب في تطوير نظام مبتكر يربط عدة أعضاء على شريحة واحدة، ويحاكي عمل أنظمة كاملة في جسم الإنسان. وقد تُحدث الطريقة المبتكرة ثورة حقيقية في عملية تطوير الأدوية، التي تستغرق حالياً سنوات عديدة وتكلف أموالاً طائلة، ورغم ذلك فهي فعالة جزئياً فقط. وهناك ميزة أخرى محتملة للتكنولوجيا الجديدة وهي منع المشاكل الأخلاقية المرتبطة بالتجارب على الحيوانات.
وتم إجراء الدراسات بالتعاون مع جامعة هارفارد، بمشاركة 57 باحثًا من المؤسسات البحثية وشركات تطوير الأدوية حول العالم. تم نشر المقالتين في مجلة Nature Biomedical Engineering في يناير 2020.
"إن تطوير الأدوية اليوم ينطوي على عملية تستغرق من 20 إلى 10 عامًا، وتكلف حوالي 2-1 مليار دولار لكل دواء"، يوضح الدكتور بن ماعوز من قسم الهندسة الطبية الحيوية وكلية ساجول لعلم الأعصاب في جامعة تل أبيب، وهو أحد قادة المشروع الدولي. "منها، يتم تخصيص حوالي 6-3 سنوات للتجارب على الثقافات والحيوانات، و8-6 سنوات أخرى مخصصة للتجارب السريرية على البشر. وبعد كل هذا الجهد والاستثمار، تبين أن العملية غير فعالة: فحوالي 90-60% من الأدوية التي تفيد الحيوانات تفشل عند البشر. يدفع هذا الوضع الباحثين في جميع أنحاء العالم إلى البحث عن إجراءات بديلة لتطوير الأدوية. واحدة من التقنيات ذات الإمكانات الأكبر في هذا المجال هي OOC (Organ-on-a-Chip)، أو باللغة العبرية "Organ-on-a-chip". كجزء من الطريقة، التي تم تطويرها لأول مرة في عام 2010 في جامعة هارفارد، يستخدم العلماء خلايا من عضو بشري معين - القلب، الدماغ، الكلى، الرئتين، وما إلى ذلك، وبمساعدة تقنيات هندسة الأنسجة، يضعونها في خرطوشة بلاستيكية - والمعروفة أيضًا باسم الشريحة.
في السنوات الأخيرة، تم تطوير مجموعة واسعة من "الأعضاء الموجودة على شريحة" في العالم والتي تعمل مثل العضو البشري نفسه. منذ حوالي عامين، قام الدكتور ماعوز بتطوير عضو على شريحة يحاكي عمل الحاجز الدموي الدماغي، وفي أماكن أخرى تم تطوير شرائح للقلب والكلى والأمعاء وغيرها. وفي المشروع الحالي، تم لأول مرة تطوير نظام قادر على ربط الرقائق المختلفة، ويتيح محاكاة عمل أنظمة كاملة في جسم الإنسان، واستجابتها للأدوية التجريبية التي يتم تغذيتها في النظام.
تم تطوير النظام واختباره في دراستين: في الدراسة الأولى، طور الباحثون نظامًا آليًا آليًا يمكنه الاتصال بطريقة بسيطة ومعيارية بين شرائح تصل إلى 10 أعضاء مختلفة، ويتيح التحكم في أي مادة تدخل وتخرج كل شريحة. بالإضافة إلى ذلك، فقد قاموا بتكوين بيئة بيولوجية مناسبة وداعمة للأنسجة الموجودة على الرقائق، وهو نوع من "الدم الاصطناعي"، الذي يسمح لها بالعمل والتواصل مع بعضها البعض مع مرور الوقت. ووضع الباحثون 9 أعضاء على شريحة في النظام، وهي الدماغ، والحاجز الدموي الدماغي، والرئتين، والقلب، ونخاع العظام، والكلية، والأمعاء، والكبد، والجلد، ووجدوا أنها تعمل بنجاح لمدة ثلاثة أسابيع على الأقل.
وفي الدراسة الثانية، أضاف الباحثون أدوية مختلفة إلى النظام الآلي، واختبروا كيفية تفاعل الأعضاء المختلفة. أولاً، تم إدخال النيكوتين إلى النظام، وهي مادة يتم تناولها عادةً عن طريق الفم للمساعدة في الإقلاع عن التدخين، ويتم اختبارها حاليًا أيضًا كدواء للأمراض التنكسية والتهابات الأمعاء المزمنة. يقول الدكتور ماعوز: "بالنسبة للأدوية التي يتم تناولها عن طريق الفم، فإن عملية امتصاص الدواء في الجسم لها أهمية كبيرة - من خلال الأمعاء التي تمتصه، والكبد الذي يقوم بتكسيره، وأخيراً الكلية التي تقوم بتصفية المادة". "لذلك، بالنسبة للنيكوتين، وضعنا في منصتنا شرائح من هذه الأعضاء الثلاثة." أما الدواء الثاني الذي تم اختباره فهو السيسبلاتين، وهو عنصر شائع في العلاج الكيميائي للسرطان عن طريق الوريد. بالنسبة لها، تم وضع رقائق الكبد والكلى في النظام، بالإضافة إلى شريحة نخاع العظم - التي تتأثر بشكل كبير بالدواء.
وكان التحدي التالي هو تكييف النتائج التي تم قياسها على المنصة المبتكرة مع جسم الإنسان كنظام كامل، وسد الفجوات بينهما. ولتحقيق هذه الغاية، طور الباحثون نماذج حسابية تترجم القيم التي تم الحصول عليها في النظام إلى نتائج موازية للاختبارات السريرية على البشر. في الواقع، أدى الجمع بين نظام العضو على الرقاقة الآلي والنماذج الحسابية إلى إنتاج قيم قريبة جدًا من تلك التي تم قياسها لدى المرضى من البشر في العيادة.
ويخلص الدكتور ماعوز إلى أنه "لأول مرة في العالم، تمكنا من تطوير منصة موثوقة ومرنة للعضو على شريحة، والتي تعطي نتائج قريبة جدًا من تلك التي يتم الحصول عليها في المرضى من البشر". "اليوم بالفعل، بعد أن أعلنت إدارة الدواء الأمريكية (FDA) أنها تدعم تطوير الأعضاء على الرقاقة التي سيتم استخدامها كأداة داعمة لتطوير الأدوية، يمكن للشركات والمختبرات العاملة في هذا المجال استخدام نظامنا. ونعتقد أيضًا ونأمل أنه في المستقبل، بعد مزيد من التطوير، يمكن استخدام المنصة الجديدة كبديل للتجارب على الحيوانات وحتى لجزء كبير من التجارب السريرية البشرية. وبهذه الطريقة، سيوفر سنوات من البحث، والكثير من المال، ومعاناة البشر والحيوانات على حد سواء."
