ابزاری کوچک، اما نویدبخش برای ارزیابی عملکرد داروی ضدسرطان

سرطان یکی از مهم‌ترین عوامل مرگ‌ومیر آدمی در این کره خاکی است. تخمین زده می‌شود که حدود ۱۸ میلیون نفر در سال ۲۰۱۸ به این بیماری مبتلا شده‌اند. میزان شیوع بالای این بیماری در سراسر جهان سبب شده است حجم زیادی از تحقیقات انجام‌شده در حوزه علوم پزشکی به این بیماری معطوف شود. خوشبختانه با پیشرفت‌های حاصل‌شده در سالیان اخیر، نرخ بقای بیماران مبتلا به سرطان تا حدودی افزایش پیدا کرده است. تحقیقاتی که در این زمینه انجام می‌شود، به‌طور‌کلی در جهت تشخیص زودهنگام این بیماری (قبل از بروز علائم بالینی شدید) و یافتن روش‌های درمانی جدید است.

برای درمان این بیماری از روش‌های مختلفی مانند شیمی‌درمانی، پرتودرمانی و جراحی استفاده می‌شود. با وجود اثرات مثبتی که این روش‌های عمدتا سنتی بر روند درمان بیماری سرطان دارند، متأسفانه همچنان عوارض جانبی آن‌ها بالاست. افراد مبتلا به بیماری سرطان در طول دوره درمانی خود، علاوه بر صرف هزینه‌های بسیار سنگین، ناچار هستند این عوارض جانبی را نیز تحمل کنند. در طول سالیان اخیر، نقش پژوهش‌های بین‌رشته‌ای در یافتن راه‌حل‌های جدید برای چالش‌های اصلی بشریت روزبه‌روز برجسته‌تر می‌شود. امروزه مشاهده تیم‌های تحقیقاتی متشکل از افراد با تخصص‌های مختلف به امری عادی تبدیل شده است.

با توجه به اهمیت روزافزون مبارزه با بیماری سرطان، در این زمینه نیز کارگروه‌هایی متشکل از زیست‌شناسان، مهندسان، پزشکان و حتی دیگر تخصص‌ها در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی معتبر شکل گرفته است. هم‌فکری حاصل از این‌گونه کارگروه‌ها سبب شده است بتوانیم چالش‌های پیش‌رو را از زوایای مختلف بررسی و طبعا به نتایج بهتری دست پیدا کنیم؛ برای مثال یکی از پرهزینه‌ترین و زمان‌برترین مسئله‌ها در روند مبارزه با بیماری سرطان، یافتن دارو‌های جدید و ارزیابی عملکرد دارو‌های موجود برای انجام شیمی‌درمانی است.

امروزه با توجه به همکاری شکل‌گرفته بین زیست‌شناسان و مهندسان، راه‌حل مناسبی برای کاهش هزینه‌های این روند به وجود آمده است. در این زمینه با آقای دکتر یوجی ناشیموتو، استادیار بخش علوم مهندسی دانشگاه توهوکو کشور ژاپن و عضو گروه پژوهش‌های بین‌رشته‌ای این دانشگاه گفتگو کرده‌ایم. او یکی از متخصصان و نوآوران برجسته ژاپنی است که افزون بر نوآوری‌های علمی، مقالات متعددی در مجلات معتبر حوزه سرطان منتشر کرده است.

در ابتدا لطفا خود را به اختصار معرفی کنید.
من یوجی ناشیموتو هستم. درحال‌حاضر به‌عنوان استادیار دانشگاه توهوکو کشور ژاپن به‌طور عمده در زمینه مهندسی پزشکی مشغول به فعالیتم.

سرطان چیست؟ چرا این بیماری تا این حد کشنده است؟
به‌طورکلی سرطان نوعی بیماری با منشأ ژنتیکی است که با وقوع جهش در DNA سلول‌ها پدید می‌آید. این جهش سبب تقسیم بیش از حد سلول‌های درگیر می‌شود. به مرور زمان تعداد زیادی سلول با ماده ژنتیکی تغییریافته پدید می‌آید که هیچ کنترلی بر میزان تقسیم آن‌ها وجود ندارد و اصطلاحا آن را تومور می‌نامیم. در مراحل بعدی ممکن است تعدادی از این سلول‌ها از تومور اولیه جدا شده و از طریق خون یا لنف در مناطق دیگر بدن پخش شوند و مجددا تقسیم شوند و تومور‌های ثانویه ایجاد کنند. ادامه این روند سبب می‌شود هم‌ایستایی (هومئوستازی) بدن دچار اختلال شود و در نتیجه فعالیت طبیعی اندام‌های بدن تحت تأثیر قرار بگیرد. در این بین اگر اندام‌های حیاتی بدن نتوانند به فعالیت طبیعی خود ادامه دهند، فرد مبتلا به سمت مرگ پیش خواهد رفت.

وضعیت کلی این بیماری را در جهان چطور ارزیابی می‌کنید؟ نرخ مرگ‌و‌میر حاصل از این بیماری نسبت به دهه‌های گذشته چه تغییری کرده است؟
با وجود اینکه بسیاری از عوامل دخیل در ایجاد این بیماری هنوز به‌درستی کشف نشده‌اند، به‌دلیل حجم گسترده تحقیقات در حال انجام در این زمینه، نرخ بقای بیماران مبتلا به سرطان در سال‌های اخیر به‌طور آهسته و پیوسته در حال بهبود است. البته در این مورد نباید نقش مهم تست‌های تشخیصی پیشرفته مبتنی بر آزمایش خون، استفاده از اشعه ایکس، آزمایش‌های آسیب‌شناختی و... را نادیده گرفت. همچنین روش‌های درمانی بسیار پیشرفته که با توجه به ویژگی‌های فردی افراد مبتلا توسعه پیدا می‌کنند نیز در این زمینه نقشی انکارنشدنی دارند.

شما چطور به تحقیق در حوزه سرطان علاقه‌مند شدید؟
همان‌طورکه شما هم می‌دانید، سرطان بعد از بیماری‌های قلبی مهم‌ترین علت مرگ بشریت است، به‌همین‌دلیل تصمیم گرفتم در زمینه مبارزه با این بیماری شروع به فعالیت کنم. با توجه به رشته‌ای که در آن تحصیل کردم، درحال‌حاضر مشغول توسعه و ساخت مدل‌های آزمایشگاهی هستم که بتوان از آن‌ها برای بررسی خواص درمانی دارو‌های ضد سرطان استفاده کرد.

درحال‌حاضر عمده فعالیت‌های شما در حوزه تشخیص سرطان است یا درمان آن؟
با توجه به اینکه من یک مهندس پزشکی هستم، درحال‌حاضر عمده فعالیت‌های من در زمینه ساخت چیپ‌های آزمایشگاهی است که از آن‌ها می‌توان برای آزمایش‌کردن دارو‌های شیمی‌درمانی در شرایط آزمایشگاهی استفاده کرد. اگر بخواهم دقیق‌تر توضیح دهم، با ساخت این چیپ‌ها می‌توان به‌جای آزمایش‌کردن دارو‌های شیمی‌درمانی در بدن انسان و ایجاد عوارض جانبی ناخواسته مانند ریزش مو و درد‌های استخوانی، این دارو‌ها را روی سلول‌های سرطانی کشت‌داده‌شده در این چیپ‌ها آزمایش کرد.

دارو‌هایی که در این روند مؤثرتر واقع شوند، می‌توانند در مراحل بعدی در بدن افراد مبتلا به سرطان آزمایش شوند و در نتیجه تا حد زیادی از بروز عوارض جانبی این دارو‌ها جلوگیری می‌شود.

مهم‌ترین دستاورد‌های شما در این زمینه چیست؟ در رابطه با موفقیت‌های اخیر تیم شما در زمینه ساخت چیپ‌های آزمایشگاهی ارزیابی و غربالگری دارو‌های ضد سرطان مطالب زیادی منتشر شده است. آیا می‌توانید در این زمینه توضیحات بیشتری بدهید؟

همان‌طورکه می‌دانید یکی از مهم‌ترین مسائلی که به تهاجم سلول‌های سرطانی به بافت‌های اطرافشان کمک می‌کند، فرایند رگ‌زایی است. رگ‌زایی به‌معنای رشد و تکثیر عروق خونی است. سلول‌های سرطانی با ترشح موادی سبب رشد و تکثیر سلول‌های سازنده عروق خونی می‌شوند و عملا با ادامه این روند مواد غذایی بیشتری در اختیار سلول‌های سرطانی قرار می‌گیرد و این مسئله نیز به رشد بیشتر سلول‌های سرطانی منجر می‌شود. از طرف دیگر، عروق بیشتر در نزدیکی سلول‌های سرطانی به‌معنای تهاجم و متاستاز راحت‌تر خواهد بود. با توجه به مواردی که ذکر شد، یکی از مهم‌ترین پدیده‌هایی که برای تست دارو‌های ضد سرطان در چیپ‌های آزمایشگاهی باید شبیه‌سازی شود، روند رگ‌زایی است.

به این معنا که در کنار کشت سلول‌های سرطانی در این چیپ‌ها باید بتوان شبکه عروقی مورد نیازشان را نیز کشت داد تا شرایط درونی بدن انسان به بهترین شکل ممکن در این چیپ‌ها شبیه‌سازی شود. تا‌به‌حال پژوهش‌های زیادی برای ساخت این‌گونه چیپ‌ها انجام شده است. تمامی این پژوهش‌ها سعی داشته‌اند تا شرایط بیوشیمیایی و بیومکانیکال بدن انسان را با رشد هم‌زمان سلول‌های سرطانی و عروق خونی به بهترین شکل در این چیپ‌ها شبیه‌سازی کنند. باوجوداین، در مدل‌های آزمایشگاهی قبلی ساخته‌شده، میزان تخلخل عروق خونی کشت داده‌شده تفاوت چشمگیری نسبت به عروق خونی طبیعی بدن دارد. برای درک این مسئله لازم است بدانید که این منفذ‌های ریز نقش بسیار مهمی در تبادل بهتر سلول‌های سرطانی با محیطشان دارند.

در پژوهشی که توسط گروه ما در دانشگاه‌های توهوکو و کیوتو انجام شد، چیپی ساخته شده است که تخلخل عروق خونی بدن انسان را به‌خوبی شبیه‌سازی می‌کند. این مسئله سبب می‌شود تا رفتار سلول‌های سرطانی کشت داده‌شده در این چیپ، در حضور دارو‌های ضد سرطان تا حد زیادی به شرایط طبیعی بدن شبیه‌تر شود. اهمیت این موضوع زمانی مشخص شد که نتایج حاصل از آزمایش دارو‌های مختلف ضد سرطان بر روی سلول‌های سرطانی کشت داده‌شده در چیپ گروهمان را با نتایج همین دارو‌ها در مدل‌های قبلی مقایسه کردیم. مقایسه این نتایج نشان داد که در مدل فعلی به دلیل شبیه‌سازی بهتر شرایط محیطی سلول‌های سرطانی به‌وسیله ایجاد عروق متخلخل، این سلول‌ها نسبت به درمان مقاومت بیشتری از خود نشان دادند و میزان تهاجمشان به بافت‌های اطراف نیز افزایش چشمگیری پیدا کرد. این مسئله به‌خوبی اهمیت عروق خونی بدن انسان را در روند درمان سرطان نشان می‌دهد.

ارزیابی شما از آینده تحقیقات سرطان چیست؟
تحقیقات اخیری که در زمینه CAR-T Cell Therapy انجام شده است بسیار امیدبخش هستند. با‌این‌حال، هنوز هم لازم است تا بتوانیم شرایط رشد تومور‌ها را در شرایط آزمایشگاهی بهتر شبیه‌سازی کنیم. مدل‌های حیوانی و سنتی کشت سلول به دلیل تطابق بسیار پایین با شرایط طبیعی بدن انسان، به‌مرور زمان باید با مدل‌های بهتر جایگزین شوند.

در این زمینه به نظر می‌رسد که سیستم‌های میکروفلوئیدیکی بتوانند به‌خوبی در این مسیر به ما کمک کنند. در مراحل بعدی باید بتوانیم سلول‌های سرطانی را در کنار عروق خونی شبیه به بدن و در حضور سلول‌های ایمنی فعال بررسی کنیم. همچنین، باید بتوان اندام‌های مختلف را در شرایط آزمایشگاهی کشت داد و اثرات دارو‌های ضد سرطان بر سلول‌های سرطانی را در حضور این اندام‌ها بررسی کرد.

به نظر شما مهم‌ترین دستاورد علمی سال‌های اخیر در زمینه مبارزه با بیماری سرطان چیست؟
به نظر من یکی از بهترین دستاورد‌های سال‌های اخیر در زمینه مبارزه با بیماری سرطان، مدل‌های اندام بر روی چیپ (Organ-on-a-chip) هستند که به طور عمده توسط تیم‌های تحقیقاتی بوستون ایالات متحده آمریکا ساخته شده‌اند. برای بررسی بسیاری از فرایند‌های مرتبط با سلول‌های سرطانی می‌توان از این چیپ‌ها استفاده کرد.

آیا دوره‌های کارآموزی و کارورزی مرتبط با سرطان و مخصوص دانشجویان خارجی در دانشگاه‌های ژاپن وجود دارد؟
نهاد JSPS کشور ژاپن سالانه برنامه‌هایی را برای تحصیل دانشجویان خارجی در دانشگاه‌های ژاپن در نظر می‌گیرد. می‌توانید در این زمینه در اینترنت جست‌وجو کنید.

در پایان، آیا توصیه‌ای برای دانشجویان جوانی که قصد دارند تحقیقات خود را در این زمینه آغاز کنند، دارید؟
به نظر من مهم‌ترین مسئله در زندگی هر فرد این است که علایق خود را دنبال کند. سعی کنید در حوزه کاری خود بهترین باشید.