اختراق: المواد الحيوية المصممة خصيصا للمريض
لا يزال الطب الحديث لا يعرف كيفية التعامل مع جميع الأمراض المعوية. وللأسف، في سلسلة من الأمراض مثل مرض كرون والتهاب القولون والالتهابات المختلفة، وكذلك سرطان الأمعاء، فإن الحل الذي يقدمه الطب اليوم هو استئصال جزء من الأمعاء. والأمر المؤسف أكثر هو أنه في حوالي 30٪ من المرضى الذين يخضعون لمثل هذه الجراحة، يحدث تسرب من خلال ندبات الجراحة بعد ذلك، مما قد يسبب التهابات معوية حادة ومعاناة كبيرة للمرضى وحتى خطر الوفاة. يحاول العديد من الباحثين حل المشكلة باستخدام المواد اللاصقة البيولوجية. وهي مواد تعتمد عادة على البروتين، أو على مركبات كيميائية أخرى موجودة في الطبيعة، وتستخدم لالتحام الجروح ووقف النزيف وتحسين الشفاء من العمليات الجراحية الصعبة. ومع ذلك، فإن المواد اللاصقة البيولوجية المقترحة للعمليات الجراحية المعوية لا تزال غير قريبة من مستوى الكفاءة المتوقع، ولم يتوصل الباحثون بعد إلى مادة تلتصق بشكل جيد بالأنسجة البيولوجية، كما أنها مناسبة للبيئة الكيميائية للأمعاء. (وهي بالطبع غير سامة).
التأثير البيئي
تناول فريق من العلماء بقيادة باحثات من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وكلية الطب بجامعة هارفارد مشكلة التصاقات الأمعاء من زاوية جديدة. قام الباحثون بتطوير غراء جديد، يعتمد على مركبات نيتروجين مرتبة بشكل فريد تُعرف باسم dendrimer (dendrimer، من الكلمة اليونانية dendron - شجرة)، ومدمج مع سكر يسمى dextran. [لمن يهمه الأمر - شرح مختصر للتركيبة اللاصقة في أسفل القائمة]. ومع ذلك، فإن الباحثين بقيادة البروفيسور ناتالي أرتزي، لم يكونوا راضين عن التطوير الفعلي للمادة اللاصقة. لقد أدركوا أن البيئة في الأمعاء ليست هي نفسها بالنسبة لكل شخص يعاني من حالة طبية، واعتقدوا أن تكييف الغراء مع البيئة يمكن أن يحسن بشكل كبير فرص استخدامه الناجح. ولاختبار الفرضية، قاموا باختبار فعالية تركيبات مختلفة من الغراء، في بيئتين مختلفتين: في الحيوانات التي تعاني من سرطان الأمعاء، وفي الحيوانات التي تعاني من التهاب القولون - وهو التهاب مزمن حاد في الأمعاء. وتشير الدراسة، التي نشرت هذا الأسبوع في مجلة Science Translational Medicine، إلى وجود اختلافات حقيقية بالفعل في التركيب الكيميائي للبيئة المعوية. في الحيوانات التي تعاني من التهاب القولون (في هذه الحالة الأرانب)، كان هناك انخفاض حاد في مستوى الكولاجين في الأمعاء (الكولاجين هو بروتين يلعب دورا هاما في تكوين الهيكل العظمي للأنسجة، الذي يربط الخلايا)، ونتيجة لذلك، كان هناك عدد أقل بكثير من مواقع الارتباط اللاصقة في الأمعاء. ونتيجة لذلك، انخفضت كفاءة التصاق المادة "القياسية" بنسبة 50٪ أو أكثر. في المقابل، يوجد في الأمعاء السرطانية (في هذه الحالة عند الفئران) كمية أكبر من الكولاجين مقارنة بالأمعاء السليمة، مما يجعل من الممكن استخدام كمية أقل من الغراء وتغيير تركيزه وفقًا لذلك. وطوّر فريق البحث صيغة رياضية تجعل من الممكن ضبط تركيبة الغراء على مستوى الكولاجين في الأمعاء (أو بشكل أكثر دقة، على تركيز مجموعات الأمين، ومركبات النيتروجين البسيطة الموجودة في الكولاجين، والتي تعد موقع الالتصاق). إلى الغراء)، ونجح بالفعل في رفع مستوى فعالية الغراء في التجارب على حيوانات المختبر. "ستكون الفكرة هي أخذ خزعة من المريض أثناء الجراحة، وتوصيف الأنسجة، وفهم شدة المرض، ومن ثم - باستخدام الصيغة التي طورناها - اختيار تركيبة المادة التي ستؤدي إلى أفضل النتائج من وجهة نظر المريض"، يوضح البروفيسور أرتزي.
المسار السريع
لقد تجاوز التطور الناجح الذي حققته أرتزي وزملاؤها بالفعل مرحلة التجارب ما قبل السريرية على الحيوانات - الجرذان والفئران والأرانب - وسرعان ما يجب أن تبدأ التجارب السريرية على البشر. وتوضح قائلة: "نظرًا لأن هذه المادة مصنفة كجهاز طبي، وليس كدواء، فإن عملية موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) يجب أن تكون سريعة نسبيًا". "نأمل أن يصل إلى العيادة في غضون سنوات قليلة ويساعد في إنقاذ المرضى." ومع ذلك، وبعيدًا عن التطور المهم في حد ذاته، يؤكد أرتزي أن الأهمية الرئيسية للبحث هي التحول النموذجي. "الفكرة هي تطوير مواد شخصية للمريض. لم يعد هناك مقاس واحد يناسب الجميع - شيء يناسب الجميع. فالمادة سوف تتفاعل بشكل مختلف مع الأنسجة المختلفة، في مواجهة المرض وحسب شدة المرض، وهذه الأمور يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تطوير المواد للاستخدام الطبي". ويشير أرتزي أيضًا إلى أن الأمر لا يقتصر على المواد اللاصقة البيولوجية فحسب، بل أي مادة يجب أن تدخل الجسم: الغرسات الاصطناعية، ومسامير تقويم العظام، ودعامات القسطرة، وغيرها من الأجهزة، وبالطبع أيضًا التقنيات التي هي في مراحل التطوير مثل الأجهزة الصغيرة. لجلب الأدوية إلى مكان محدد، أو أجهزة لمراقبة حالة المريض. إن عصر الطب الشخصي ليس علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية فحسب، بل هو أيضًا علم المواد، واستخدامها الذكي - وتكييفها مع المريض وحالته - قد يؤدي إلى تحسين النتائج الطبية بشكل كبير.
تم قيادة البحث أيضًا مع آرتزي بواسطة نورا أوليفيا وماريا كاراكول، بالإضافة إلى باحثين شابين من إسرائيل - سيفان سليكتر ومارجريتا بيكرمان - طلاب هندسة المواد في كلية أورت برودا في كرميئيل، الذين يقومون بالتدريب في مختبر آرتزي في بوسطن، بمساعدة برنامج المنح الدراسية الممول من سامي سيغول.
غراء موثوق
كما وعدناكم للمهتمين: شرح مختصر عن تركيبة المادة اللاصقة. التشعب هو ترتيب خاص للجزيئات، في شكل يذكرنا بالفروع مرتبة في دائرة. أحد التشعبات الشائعة في الأبحاث الطبية، والذي تم استخدامه أيضًا في هذه الدراسة، يُسمى بولياميدوامين، أو PAMAM للاختصار. وكما يوحي اسمها، فهي تتكون من مجموعات أمين ومجموعات أميد، وكلاهما جزيئات صغيرة تتمركز حول ذرة نيتروجين، مرتبطة بالأكسجين (في الأميد) وعادة أيضًا بالهيدروجين (في الأمين) ومواد أخرى.
للحصول على الشكل الفريد للتغصن، لا يكفي خلط المكونات، بل يجب أن يتم ذلك بترتيب معين وبتقنية تسمح للجزيئات بالترتيب المكاني الفريد، الذي يذكرنا بالفروع مرتبة في دائرة. العنصر الآخر هو ديكستران، وهو السكاريد. يتكون جزيء السكر الأساسي من ست ذرات كربون مرتبة على شكل حلقة (أو سداسية)، وترتبط كل منها أيضًا بذرات الأكسجين والهيدروجين، في تركيبة تختلف باختلاف نوع السكر. السكريات هي بوليمرات (سلاسل طويلة من الحلقات). في البيئة الداخلية للجسم، يتأكسد جزيء الدكستران، ويرتبط بإحكام بمجموعات الأمين. كما ذكرنا سابقًا، توجد مثل هذه المجموعات في الكولاجين الذي يتكون منه الأمعاء، وكذلك في التغصنات متعددة الفروع. إن الجمع بين سلسلة السكر التي تلتصق بإحكام بالأمعاء من جهة، والتغصنات متعددة الفروع على الجانب الآخر، والتي تربط الأجزاء معًا، يخلق غراءًا بيولوجيًا قويًا وفعالًا. ولهذا الصمغ خاصية أخرى مهمة: فهو يتحلل تدريجيا (معدل التحلل هو أيضا خاصية يمكن للباحثين التحكم بها في إنتاج المادة)، ويختفي من الجسم بعد أن ينهي وظيفته.
