شارك
الرئيسية
قامت الطابعات ثلاثية الأبعاد بطباعة الكثير من الأشياء من الحلوى والملابس، وصولاً إلى أعضاء الحيوانات. لكن يمكن أن نشهد تطوراً ملفتاً في العقد المقبل، حيث من المتوقع أن تبدأ الطابعات الحيوية المتخصّصة بصناعة الأعضاء البشرية؛ بالعمل في الفضاء. لقد تبينَ أن ظروف انعدام الجاذبية في الفضاء قد توّفر بيئةً مثالية لصناعة الأعضاء أكثر من بيئة الجاذبية الأرضية الثقيلة.
إذا نجح هذا الأمر، يمكن للأعضاء البشرية التي ستُطبع في الفضاء أن تقصّر قوائم انتظار المرضى لزرع الأعضاء، وحتّى التخلّص من مشاكل رفض الجسم البشري للأعضاء المزروعة. بالرغم من أن الطريق ما يزال طويلاً أمام الباحثين في محطة الفضاء الدولية، إلا أنهم يأملون في نهاية المطاف في بناء الأعضاء البشرية؛ انطلاقاً من الخلايا البشرية البالغة، بما فيها الخلايا الجذعية.
تبنّى الطب الحديث استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد مؤخراً، لاسيما في المجالات الحيوية مثل الطب التجديدي (فرع من الأبحاث المختصة بترجمة هندسة الأنسجة وعلم الأحياء الجزيئي)، والأطراف الصناعية. وحتّى الآن، نجحت هذه الطابعات بإنتاج نُسخٍ أولية من الأوعية الدموية والعظام، وأنواع مختلفة من الأنسجة الحية؛ عن طريق إنتاج كمياتٍ كبيرةٍ من طبقات الحبر البيولوجي المكررة (وهي مادّةٌ تتكون من خلايا بشرية حية، وأنسجةٍ أخرى الهدف منها محاكاة البيئة الطبيعية التي تحيط بالأعضاء النامية).
لقد قام العلماء بالفعل بطباعة نماذج مُصغرة للأعضاء البشرية من قبل، مثل نماذج الكبد المُصغّرة، والأكياس الهوائية الشبيهة بالرئة. في الوقت الحالي، هناك مشكلٌ تتعلّق بحفاظ هذه النماذج على قوامها وبنيتها.
وقد وجد الباحثون مؤخرّاً أن الأرض قد لا تكون البيئة الأفضل لإنتاج الأعضاء ذات القوام الكثيف والمنتصب. فبالنظر إلى أن الجاذبية تضغط باستمرار على هذه هياكل هذه الأعضاء الرهيفة الحسّاسة أثناء نموها، ينبغي على الباحثين أن يحيطوها بأنسجةٍ تحافظ عليها، حيث يمكن أن تؤدي هذه الأنسجة غالباً إلى إضعاف بنية الأوردة الدقيقة والأوعية الدموية، ومنع الأعضاء من النمو الكامل، والعمل بشكلٍ صحيح بالمحصلّة. بينما توفّر ظروف انعدام الجاذبية بيئةً ملائمةً لنمو الأنسجة اللينة بشكلٍ طبيعي، دون الحاجة لدعمٍ من المحيط، الأمر الذي دفع العلماء للنظر للفضاء بكونه بيئةً واعدة لتنمية الأعضاء.
تدّعي إحدى الشركات المخبرية الموجودة في إنديانا أنّ ابتكارها الجديد المُسمى «مرفق التصنيع الحيوي ثلاثي الأبعاد»، والمشار إليها اختصاراً بـ «بي إف إف»، يمكن أن يلعب دوراً رئيسياً في الطباعة الحيوية في الفضاء مستقبلاً. وهي طابعة ثلاثية الأبعاد متخصصة وتستخدم الأنسجة البشرية البالغة (الحبر البيولوجي) لبناء طبقاتٍ من الأنسجة أقلّ سماكة من شعر البشر عدة مرّات، وتكلّف رؤوس الطباعة المتناهية الصغر فيها حوالي 7 مليون دولار.
أُرسلت آلة بي إف إف إلى محطّة الفضاء الدولية في يوليو/ تموز عام 2019 على متن مركبة سبيس إكس (سي آر إس-18). يُذكر بأن الآلة كانت ثمرة تعاونٍ بين شركة تطوير المعدّات الفضائية «تيكشوت» وشركة «إنسكريبت»، وهي الشركة المصنعة لأحدث الطابعات الحيوية ثلاثية الأبعاد في العالم.
يركز المشروع حالياً على بناء أنسجة قلبية اصطناعية سميكة أكثر، وشحنها إلى الأرض مجدداً. في الحقيقة، بمجرّد أن تصل سماكة أنسجة القلب إلى سمكٍ معيّن، يصبح من الصعب أكثر على الباحثين ضمان أن طبقات الهيكل المطبوع؛ تنمو بشكلٍ مثالي مع بعضها البعض. وبالرغم من ذلك، يريد الباحثون الوصول لتصنيع الأعضاء بشكلٍ كامل في البداية. كما تحتاج الأعضاء المطبوعة في النهاية إلى الأوعية الدموية والأعصاب كي تعمل بشكلٍ صحيح، رغم أنّ تقنية تصنيعها غير موجودة حتّى الآن.
يمكن أن تمتد المرحلة الثانية، والتي تتضمن اختبار الأنسجة القلبية المطبوعة مجهرياً وفي الحيوانات، على مدى السنوات الأربع القادمة. وتدّعي شركة تيكشوت أنها تخطط للبدء بإنتاج الأعضاء الكاملة بعد عام 2025. في الوقت الحالي، لا يزال المشروع في مراحله الأولى.
يقول «ريتش بولينج»، نائب رئيس الشركة لشؤون التطوير: «إذا نظرنا إلى ما طبعناه للآن، سيبدو ما أنجزناه متوضعاً جداً. إنها مجرّد أشكالٍ وهياكل متعددة الأبعاد وبسيطة، ما زلنا في مرحلة تجربة جعل الخلايا تنمو طبقةً تلو الأخرى».
طباعة الأعضاء كما لو كنت تعدّ الفطائر
يقول بولينج: «ربما يمكننا المقارنة بين عملية تصنيع الأعضاء وصناعة الفطائر. يقوم روّاد الفضاء في البداية بتحضير مزيجٍ مخصّصٍ من عجينة أو «فطيرة» الحبر البيولوجي مع الخلايا المُرسلة من الأرض، حيث تُحمّل في محاقن خاصة في آلة «بي إف إف» شبيهة بخرطوشات حبر الطابعات التقليدية.
بعد ذلك، يُدخل الباحثون مُستوعباً في الآلة يحوي مفاعلاً حيوياً (نظامٌ يدعم البيئة النشطة الحيوية، ويحاكي بيئة الوظائف الجسدية الطبيعية الضرورية لنمو الأنسجة السليمة)، كما لو أنك تقوم بتوفير العناصر المغذية لهذه العملية، والتخلّص من النفايات.
يقوم بعدها مهندسو شركة تيكشوت، والموجودون على بعد 322 كم تقريباً من المحطة الدولية على الأرض في جرينفيل بولاية إنديانا، بالإتصال برواد محطّة الفضاء الدولية عبر خطٍ آمنٍ توفره وكالة ناسا. يتيح هذا الإتصال لمهندسي الشركة التحكّم عن بعد بوظائف آلة التصنيع الحيوي ثلاثية الأبعاد المتعددة؛ مثل ضغط المضخة ودرجة الحرارة الداخلية، والإضاءة وسرعة الطباعة.
بعد ذلك، تبدأ عملية الطباعة الفعلية داخل المفاعل الحيوي، ويمكن أن تستغرق من لحظاتٍ إلى عدة ساعات تبعاً لتعقيد الشكل. وفي خطوة الإنتاج النهائية، يقوم معالج الطابعة بالعمل على استنبات الخلايا بطهي «الفطيرة» نظرياً، أو بمعنى أدق: تقسية الأنسجة المطبوعة وتهيئتها لرحلتها إلى الأرض. قد تستغرق هذه العملية من 12 إلى 45 يوماً، تبعاً لاختلاف نوع الأنسجة. عند اكتمالها واكتسابه القوام والصلابة المطلوبين، تُرسل إلى الأرض.
قام الباحثون حتّى الآن بثلاث تجارب عملية على الطابعة، في كلّ مرةٍ تصبح أكثر دقّة من السابقة. ويعدّون الآن للجولة الثالثة من الاختبارات في شهر مارس/ آذار من هذا العام.
سباق الطباعة الحيوية في الفضاء
يقول بولينج إنّ مختبر التصنيع الحيوي هو الوحيد من نوعه حالياً الذي يقوم بتجارب إنماء الأعضاء في ظروف انعدام الجاذبية، مع ذلك، ليسوا الوحيدين الذين يتطلعون لصناعة الأعضاء البشرية في الفضاء.
فقد دخل مشروعٌ روسي أيضاً في سباق الطباعة الحيوية في الفضاء، لكن أسلوبه يختلف اختلافاً كبيراً. على عكس طريقة إنتاج الطبقات باستخدام الحبر البيولوجي المُستخدم في جهاز التصنيع الحيوي، يستخدم مختبر التكنولوجيا الحيوية الروسي الجسيمات النانوية المغناطيسية لإنتاج الأنسجة، حيث يخلق المغناطيس الكهربائي مجالاً مغناطيسياً يجعل الأنسجة تطفو، وتشكّل البنية المطلوبة. تبدو هذه التقنية وكأنها مُأخوذة من إحدى روايات الخيال العلمي.
ويُعتبر هذا المشروع تجارياً مثل مشروع التصنيع الحيوي، وأسسته شركة طبية روسية كانت تعمل على طباعة اللحوم في الفضاء في السابق. وقد دخل الفريق الروسي التاريخ في مارس/ آذار 2014 بعد تجميع وزرع الغدة الدرقية بنجاح في فأر.
بعد الفشل الذي لحق بالمشروع الروسي إثر فشل إطلاق مركبة سيوز الفضائية في أكتوبر/ تشرين الأول عام 2018، استعاد مشروع مختبر التكنولوجيا الحيوية عافيته؛ ويتعاون الفريق الآن مع باحثين أميركيين في محطة الفضاء الدولية. وفي الشهر الماضي، ابتكر الفريق المشترك أوّل نسيج عظمي مطبوع حيوياً في الفضاء. كما يسعى المشروع الروسي -على غرار المشروع الأميركي- إلى تصنيع أنسجة وأعضاء بشرية صالحةٍ للزراعة، واستبدال الأعضاء.
هل علينا القيام بذلك لأننا بتنا نمتلك التقنية اللازمة؟
إذا ازدهرت طباعة الأعضاء البيولوجية ثلاثية الأبعاد ونجحت، فإنها ستخضع لقوانين تنظّمها هنا على الأرض. يقول ريتش بولينج إنّ موافقة الأميركيين على أيّ دواءٍ يخضع لضوابط صارمة ومعقّدة، لذلك سيكون هناك تحدٍّ أمام هذا الاختراع غير المسبوق، قبل أن تتم الموافقة عليه. تتوقّع شركة تيكشوت أنّ الأمر سيستغرق 10 أعوامٍ قبل أن تحظى صناعة طباعة الأعضاء بالموافقة القانونية، إلا أنّ هذا التقدير غير دقيق عموماً. وبالإضافة إلى العوائق القانونية أمامها، قد تواجه صناعة طباعة الأعضاء في الفضاء رفضاً على المستوى الاجتماعي.
في الواقع، تسن كل بلدٍ قوانين مختلفة فيما يتعلق بزراعة الأعضاء الطبية. ومع تقدم الهندسة الحيوية في هذا المجال، قد يحتاج مجتمع البحث العلمي الدولي إلى صياغة مبادئ توجيهية جديدة، للتعاون بين أطرافه في هذا المجال تحديداً.
يقول «مايكل روبرتس»، رئيس المختبر الوطني المؤقت لمحطة الفضاء الدولية: «مع تزايد الاستخدام التجاري للمدار المنخفض للأرض في السنوات القليلة القادمة، من المؤكّد أنه ينبغي مراجعة القوانين الناظمة التي تنظم هذه النشاطات. ستخوض هذه اللوائح التنظيمية بالأسئلة المتعلّقة بأخلاقيات هذه الصناعة؛ هل علينا القيام بذلك لأننا بتنا نمتلك التقنية اللازمة ببساطة؟».
كما قامت «نيكي فيرمولين»، المحاضرة في دراسات العلوم والابتكار في جامعة أدنبرة؛ بالبحث في الآثار الإجتماعية لتجارب طباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد. وخلصت إلى أنّ على العلماء أن لا يجعلوا الناس تعلّق آمالاً كبيرة على هذا المشروع في هذا الوقت المبكّر للغاية، حيث يمكن للأفراد الباحثين عن زراعة الأعضاء مثلاً أن يقرأوا عن مشروع التصنيع الحيوي على الإنترنت، ويعتقدون بالتالي أنّ زراعة الأعضاء ستكون في متناولهم في القريب العاجل.
تقول: «أهم شيء الآن، كما أعتقد، هو إدارة التوقعات بمعنى وضع الناس في الصورة الصحيحة، وعدم إعطائهم آمالاً واهية، لأنه من الصعب جداً القيام بذلك، وبالفعل لا نعرف حقاً ما إذا كان المشروع سينجح. إذا كان مقدراً له أن ينجح فسيكون ذلك أمراً رائعاً».
وتضيف: «هناك قضية رئيسية أخرى تتمثّل في التكلفة. مثل ابتكارات التكنولوجيا الحيوية المتطورة الأخرى، يمكن لصناعة الأعضاء من خلال الطباعة الثلاثية الأبعاد أن تكون مرتفعة التكلفة إلى حدٍّ كبير». تدعي شركة تيكشوت أن طباعة عضوٍ واحدٍ في الفضاء قد تكون أقلّ تكلفةً من الحصول على عضوٍ من متبرّعٍ بشري، لأن البعض يجب أن يدفعوا ثمن أدوية معالجة عدم تقبّل الجسم للعضو الجديد مدى الحياة، أو القيام بعمليات زرع متعددة. كما لا يوجد حالياً تحديدٌ للمدة التي تستغرقها عملية التصنيع الحيوي فعلياً لبناء عضوٍ وقت الحاجة؛ مقارنةً بسرعة الحصول عليه من المتبرعين التقليديين.
بالإضافة إلى ذلك، هناك مخاطر صحية محتملة للمتلقّين. يقول «يوجين بولاند»، كبير العلماء في الشركة: «إن التلاعب بالخلايا يزيد من احتمال حدوث طفراتٍ جينية. يمكن للخلايا الجذعية المعدّلة أن تتسبب السرطان لدى متلقي الأعضاء مثلاً».
ويضيف: «يعمل الفريق الآن على تحديد وتقليل أي مخاطر، حيث تلتزم التجارب التي نجريها باللوائح المحددة لإدراة الأغذية والدواء الخاصّة بـ «الخلايا البشرية والأنسجة والمنتجات الخلوية القائمة على تنمية الأنسجة».
يأمل الباحثون على الأرض حالياً في تحسين تقنية تنمية الخلايا البشرية، حيث تُجرى أكثر من 100 تجربة سريرية في الولايات المتحدة حالياً؛ تختبر استزراع الخلايا البشرية الذاتية، بالإضافة لمئات اختبارات الخلايا الجذعية المستزرعة ذات الأصول المتعددة.
ما هو المُتوقع بعد ذلك؟
بعد الجولة التالية من اختبارات الطباعة البيولوجية في مارس/ آذار القادم، ستقوم شركة تيكشوت بمشاركة برنامج الطباعة الحيوية مع الشركات والمؤسسات البحثية؛ التي تتطلع إلى طباعة مواد مثل الغضاريف والعظام، وأنسجة الكبد. ويقومون حالياً بإعداد الطابعة الحيوية لهذه الاستخدامات الإضافية، كما يقول بولينج، والتي يمكن أن تعزّز وتسهم بتطوير الرعاية الصحية بشكلٍ عام.
في الوقت نفسه، تقوم الشركة بتجهيز مختبرٍ فضائي متخصصٍ بتصنيع عدّة أنواعٍ من الخلايا في المدار؛ بهدف تسريع العمل مع طواقم الفضاء. يمكن أن تُسهم هذه التقنية عند نقلها إلى المدار في تقليل عدد عمليات الشحن من الأرض إلى الفضاء، وبالعكس.
وبالمثل، تخطط شركة «حلول الطباعة البيولوجية ثلاثية الأبعاد» الروسية؛ لبيع المعدّات للشركات والجامعات أثناء عملها على تطوير مشروعها الأساسي في طباعة الأعضاء.
يقول مايكل روبرتس إن محطة الفضاء الدولية قامت بالكثير من المشاريع التجارية في السنوات الأخيرة، وقد أصبح المكان مزدحماً هناك. في الواقع، لقد ازدادت التجارب الفضائية في الخمسين سنةٍ الماضية، بالرغم من أنها كانت حتى وقتٍ قريب تركّز على تقنيات الاتصالات بالأقمار الاصطناعية، وتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد. منذ ذلك الحين، تقلصت الأقمار الصناعية من حجم الحافلة، إلى أن وصل حجمها إلى أصغر من صندوق الأحذية.
وقد شهد روبرتس توسّع مجالات البحث العلمي في الفضاء خلال العقد الماضي ليشمل الطبّ أخيراً. والآن، تتطلع منظماتٌ مثل المعاهد الوطنية الصحية إلى الفضاء لتحسين صناعة الأدوية، بالإضافة إلى اهتمام العديد من شركات الأدوية الكبيرة إلى الشركات الصغيرة الناشئة بهذا المجال.
يقول روبرتس: «لقد قاموا باستغلال كل مكانٍ متوفرٍ على متن المحطة الدولية، لقد أصبحت مزدحمةً جداً».
نظرًا لضيق المكان على محطة الفضاء الدولية بسبب الأنشطة الكثيرة التي تتم عليها، يتوقع روبرتس أن الشركات التجارية ستقوم ببناء منشآت فضائيةٍ جديدة مصممة لأنشطة محددة مثل؛ تصنيع وإنماء الأعضاء البشرية. ويعبر روبرتس ذلك فرصةً جيدة لتشجيع المزيد من الابتكار، حيث أنّ محطة الفضاء الدولية كانت مصممةً أصلاً لأغراض أكثر عمومية غير ذلك.
يظهر الفضاء الآن مختلفاً تماماً عن الحقبة التي بدأ فيها اكتشافه. قد يتذكّر الأطفال الذين ولدوا في حقبة الهبوط على سطح القمر صور الحادثة بالأبيض والأسود حينها، وربّما قد يشهدو حالياً إدخال صناعة طباعة الأعضاء البشرية إلى الفضاء.