گفتگو با خانم دکتر بهناز بخشنده دانشیار دانشکده بیوتکنولوژی دانشکدگان علوم
موضوع: مهندسی بافت و فناوری سلولهای بنیادی
عضو محترم هیات علمی سرکار خانم دکتر بهناز بخشنده
ضمن تشکر از مشارکت شما در تهیه بولتن فناوری اداره کل سیاستگذاری فناوری و نوآوری معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه تهران، لطفا با پاسخ به سوالات ذیل ما را درتهیه این بولتن خبری یاری دهید.
این سوالات مناسب است برای فناورانی که در حوزه‌های زیر فعالیت دارند:
- تولید و توسعه فناوری سلولهای بنیادی انسانی یا جانوری
- پزشکی بازساختی و ترمیمی
- طراحی و ساخت سازه های زیستی برای مهندسی بافت
- ترمیم بافتهای عصبی، استخوانی، قلبی یا پوستی
- کارآزمایی بالینی یا تجاری‌سازی محصولات مبتنی بر سلول
1-لطفاً خودتان را معرفی کرده و درباره زمینه تخصصی‌تان در حوزه بیوتکنولوژی پزشکی توضیح دهید. چه مساله یا نیازی در حوزه مهندسی بافت یا سلولهای بنیادی باعث شد در این زمینه فعالیت داشته باشید؟ این فناوری چه تأثیری بر کیفیت زندگی بیماران، روند درمان، و هزینه‌های پزشکی دارد؟
با سلام و احترام خدمت شما و مخاطبان محترم، اینجانب دکتر بهناز بخشنده، دانشیار دانشکده بیوتکنولوژی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران، با افتخار عضویت در خانواده معظم دانشگاه تهران سال 1379 تا سال 1390 به عنوان دانشجوی دکتری پیوسته بیوتکنولوژی و پس از آن به عنوان عضو هیات علمی و حوزه تخصصی بیوتکنولوژی پزشکی با تمرکز بر مهندسی بافت و فناوری سلول های بنیادی. با پیشرفت علم و افزایش سطح رفاه زندگی و بهداشت عمومی، میزان مرگ و میر کاهش یافته و میانگین سنی افراد در جوامع رو به افزایش است. این عوامل همزمان با افزایش سن امید به زندگی باعث افزایش تعداد افراد مسن و پیر در جوامع شده و تقاضا برای تعویض برخی اندامها یا بافت ها به جهت فرسودگی و در اثر پیری و استفاده طولانی مدت بیشتر شده است. همچنین با افزایش سطح رفاه، عرضه بافت و اندام های بدن نیز کمتر شده در نتیجه هزینه خرید بافت با افزایش چشمگیری رو به رو شده است. احتمال انتقال بیماری از طریق بافتهای اهدایی هم از مشکلات راهکارهای پیوند بافت است. مساله دیگر عدم قابلیت اهدا یا خرید بعضی از بافتها مثل بافت عصبی و یا قلبی است. همه این موارد باعث افزایش شدید تقاضا و کاهش روز افزون عرضه و زمینه ساز ایجاد و توسعه روزافزون صنعت مهندسی بافت شده است. وظیفه این صنعت پر کردن خلا ایجاد شده بین عرضه و تقاضا و کاهش هزینه های درمانی است.
اولین بار در سال 1900 الکسی کارل واژه مهندسی بافت را مطرح نمود. او به همراه لیندربرگ در انستیتوی مطالعاتی در نیویورک با هدف نگهداری بافتهای جدید در شرایط آزمایشگاهی و جایگزینی آنها در بدن موجود زنده آزمایشاتی را آغاز نمود. پس از کارل و لیندبرگ، کارهای زیادی در این زمینه انجام شد تا اینکه در سال 1980 پوست مصنوعی ساخته و بر روی یک بیمار آزمایش شد. از آن پس به تدریج مهندسی بافت به عنوان یک زمینه یا شاخه جدیدی از علم گسترش یافت. اصطلاح مهندسی بافت به شکل امروزی در سال 1985 توسط فونگ در یکی از جلسات بنیاد ملی علوم امریکا مطرح و رسما تاسیس گردید. لانگر و وکنتی در سال 1993 مهندسی بافت را بدین صورت تعریف کردند: مهندسی بافت نقطه اشتراک اصول کاربردی مهندسی و علوم زیستی است که با هدف ایجاد جایگزین‌های زیستی که امکان بازیابی، حفظ و بهبود عملکرد بافت یا عضو صدمه دیده را داشته باشند مورد استفاده قرار می‌گیرد. این زمینه بین رشته ای معمولاً شامل ترکیب سلول ها، داربست ها و عوامل القای مناسب برای بازسازی و ترمیم بافت آسیب دیده است.
کاربرد مهندسی بافت تنها به ترمیم یا جایگزینی بافتهای آسیب دیده در بدن محدود نمیشود، بلکه موارد دیگری چون مدلهای مطالعاتی و آموزشی، شناسایی داروها در پزشکی شخصی شده و حتی تولید مواد غذایی را نیز شامل می شود. به عنوان مثال، روند تشکیل یک بافت مهندسی شده می تواند حاوی اطلاعات بسیار مهمی در رابطه با عوامل متعدد مؤثر بر تشکیل بافت در بدن بوده و دانش زیست شناسی تکوینی را توسعه بخشد . همچنین بافتهای مهندسی شده می توانند مدل های آزمایشگاهی مناسبی جهت مطالعه بیماریهای مختلف و شناخت عوامل بیماریزا باشند و حتی میتوانند به گونه‌ای طراحی شوند که برای آموزش دانشجویان پزشکی مناسب باشند. بر این اساس، مهندسی بافت میتواند علاوه بر رویکرد درمانی، رویکرد آموزشی - پژوهشی نیز داشته باشد. از روش‌های مهندسی بافت، می‌توان در زمینه‌های تحقیقاتی به ویژه توسعه داروها نیز استفاده نمود. در صنعت داروسازی، داروهای جدید بایستی قبل از تجویز برای انسان، توسط مدلهای آزمایشگاهی مناسب مورد ارزیابی قرار گیرند. استفاده از مدلهای حیوانی، به عنوان تنها راهکار موجود برای مطالعه اثر داروها، با چالشهایی چون مسائل اخلاقی، زمان طولانی، هزینه بالا و پیش‌بینی ضعیفِ ناشی از تفاوتهای حیوان و انسان همراه است. بنابراین کاربرد دیگر مهندسی بافت میتواند ساخت مدلهای آزمایشگاهی جهت بررسی کارایی و اثرات داروهای جدید باشد که اصطلاحاً غربالگری دارو نامیده می‌شود. این نوع غربالگری دارویی می تواند در پزشکی شخصی شده بسیار موثر باشد. درمان‌های شخصی شده حرکت عظیمی در دنیای پزشکی مدرن است و این امکان را در اختیار پزشکان قرار می‌دهد که بر اساس فیزیولوژی خاص هر بیمار درمان شخصی بیمار را برنامه ریزی کنند.
پیشرفت‌های اخیر در حوزه مهندسی بافت، فناوری سلولهای بنیادی و روش‌های انتقال ژن به یک زمینه گسترده در پزشکی بازساختی منجر شده است و به نظر می‌رسد این تلفیق جادویی به انقلابی در روش‌های درمان رایج بیماری‌ها به ویژه درمان‌های شخصی منجر خواهد شد. تجربیات و دستاوردهای حدودا 20 ساله اینجانب درحوزه مهندسی بافت و فناوری سلولهای بنیادی در کتابی تالیفی با عنوان "مهندسی بافت؛ مبانی و رویکردهای نوین" به اهتمام اینجانب و برخی فارغ التحصیلان آزمایشگاهم، در سال گذشته توسط انتشارات دانشگاه تهران به چاپ رسیده است.
2- فناوری شما بر پایه چه نوع سلولهای بنیادی توسعه یافته است؟ (مثلاً: مزانشیمی، جنینی، پرتوان القاییiPSC و...)
باتوجه به توانمندی‌ها، پتانسیل‌ها و همچنین امنیت بیشتر، و بر اساس تجربیات تقریبا 20 ساله در زمینه کار با انواع سلولهای بنیادی و همچنین رویکرد محصول محور، تمرکز فعالیت‌های آزمایشگاه اینجانب بر توسعه محصولات برپایه سلولهای بنیادی بالغ است.
3- این فناوری در کدام مرحله از توسعه قرار دارد؟
(الف) تحقیقات پایه
(ب) پیش‌بالینی
(ج) کارآزمایی بالینی
(د) تولید صنعتی
باتوجه به تجربه چندین ساله اینجانب در پارک علم و فناوری دانشگاه تهران (بیش از 3 سال به عنوان مدیر مرکز نوآوری و کارآفرینی پارک و حدود 7 سال به عنوان داور فنی و کارشناس خبره)، کلیه فعالیت‌های اینجانب با رویکرد فناورانه و با چشم انداز محصول محور طراحی می شوند تا ضمن تقویت ارتباط میان دانشگاه و صنعت و پاسخگویی به نیازهای جامعه، به اقتصاد دانش بنیان و اشتغال دانش آموختگان کمک نمایند. لذا تعدادی از دستاوردهای آزمایشگاه اینجانب (محصولات مرتبط با مهندسی بافت پوست، مهندسی بافت استخوان) پس از طی موفقیت آمیز مراحل تحقیقات پایه و مطالعات پیش بالینی، جهت مصارف دامپزشکی، هم اکنون در مرحله ارزیابی‌های موردنیاز جهت اخذ مجوز تولید هستند. برخی دیگر از دستاوردها با هدف مصارف انسانی، در مرحله اخذ مجوزهای لازم جهت مطالعات بالینی می باشند. در این راستا هسته فناور متشکل از چند عضو هیات علمی، دانشجو و دانش آموخته دانشگاه تهران در مرحله اخذ پذیرش در پارک علم و فناوری دانشگاه تهران می باشد.
4- چه نوآوری یا ویژگی خاصی در روش شما نسبت به سایر فناوری‌های موجود در این حوزه وجود دارد؟
باتوجه به تخصص اینجانب در زمینه دستکاری‌های ژنتیکی و اپیژنتیکی سلولهای یوکاریوتی، استفاده از سلولهای بنیادی مهندسی شده در محصولات مهندسی بافت جزء نوآوری‌های دستاوردهای آزمایشگاه اینجانب بوده است. همکاری‌های بین رشته ای آزمایشگاه اینجانب با متخصصان خبره میکروبیولوژی به استفاده موثر از متابولیت‌های ثانویه و وزیکول‌های خارج سلولی باکتری‌های پروبیوتیک جهت ارتقای کارایی محصولات مهندسی بافت انجامیده است. از طرف دیگر، همکاری‌های ارزنده با مهندسان شیمی و پلیمر و متخصصان الکترونیک، داربست‌های رسانا و القای الکتریکی را به عنوان القاکننده های موثر در تولید محصولات مهندسی بافت به ارمغان آورده است. درمجموع، استفاده از القاگرهای بیوفیزیکی، بیوشیمیایی و زیستی به صورت معنادار و موثری در افزایش عملکرد محصولات مهندسی بافت هم در مطالعات برون تنی و هم درون تنی تاثیر داشته است.
5- چه بافت‌هایی را با این فناوری هدف قرار داده‌اید؟ (مثلاً: پوست، استخوان، عصب، قلب، غضروف و ...)
تمرکز فعالیت‌های آزمایشگاه اینجانب بر روی مهندسی بافتهای پوست، استخوان، عصب و قلب می باشد.
6- چالش‌های فنی، ایمنی، زیستی یا اخلاقی که در مسیر توسعه این فناوری داشتید چه بوده‌اند؟
باتوجه به لزوم پایش عملکرد و امنیت محصولات مهندسی بافت در مطالعات پیش بالینی و سپس مطالعات بالینی، اخذ مجوزهای لازم و کدهای اخلاق از چالش‌های توسعه محصولات این حوزه می باشد. از طرف دیگر، مهندسی بافت یک حوزه بین‌رشته‌ای و پیچیده است که نیازمند درک عمیق تأثیر عوامل بی‌شماری بر توسعه و پایداری بافتها و اندامها است. با عنایت به ماهیت بین رشته ای و فرارشته ای این حوزه، تولید محصولات موثر نیازمند تعامل تخصصی حوزه های مختلف علوم پایه، علوم مهندسی، علوم دامپزشکی و علوم پزشکی می باشد. لذا ایجاد زبان مشترک تخصصی و همراستاسازی فعالیت‌های مرتبط از چالش‌های فنی این حوزه می باشد.
7-آیا برای این فناوری مجوزهایی مانند ثبت اختراع، مجوز اخلاق پزشکی یا مجوز کارآزمایی بالینی دریافت کرده‌اید؟
در طی 10 سال اخیر، مجوزهای اخلاق پزشکی متعددی جهت پایش عملکرد دستاوردها به صورت پیش بالینی از کمیته های اخلاق دریافت شده است. دو دستاورد در مرحله ثبت اختراع و یک دستاورد در مرحله اخذ کارآزمایی‌های بالینی می باشد.
8-چشم‌انداز آینده فناوری‌های مبتنی بر سلولهای بنیادی و مهندسی بافت را در ایران و جهان چگونه می‌بینید؟
پیشرفت در زمینه مهندسی بافت به دنبال افزایش تعداد شرکت‌ها، بازار کار و محققان، به‌ویژه در سال‌های اخیر به طور چشمگیری در حال رشد است. تولیدکنندگان محصولات مبتنی بر مهندسی بافت، پتانسیل و حجم واقعی بازار مهندسی بافت و دسته‌های مختلف محصولات را می‌توان با تجزیه و تحلیل مطالعات بازاری موجود ارزیابی کرد. محصولات مهندسی بافت بازار جذاب و رو به رشدی دارند. مقیاس بازار جهانی محصولات مرتبط با مهندسی بافت و پزشکی بازساختی در سال 2020 به 7.6 میلیارد دلار آمریکا تخمین زده شد، در حالی که طبق مطالعات اخیر، انتظار می‌رود تا سال 2027 به حدود 23.7 میلیارد دلار برسد که با نرخ رشد ترکیبی سالانه 16.1 درصد از سال 2020 تا سال 2027 رشد می کند. همراستا با رشد جهانی، بازار محصولات مهندسی بافت و تعداد شرکت‌های این حوزه در ایران نیز در دهه اخیر رشد چشمگیری داشته است: این رشد بیشتر در زمینه تولید زیست مواد برای داربست‌ها و همچنین تولید مواد و تجهیزات کشت و تمایز سلول بوده است. محصولات مبتنی بر پرده آمنیوتیک، پودرهای استخوانی، ژلاتین حیوانی و مشتقات آن جزء محصولات مهندسی بافت داخلی می باشند. از دستگاه‌های ساخت داربست‌های سه بعدی و جوهرهای زیستی نیز به عنوان پیشرفت‌های فناوری این حوزه در داخل کشور می توان نام برد.
9- نقش دولت، دانشگاه‌ها و صنعت را در تجاری‌سازی این نوع فناوری‌ها چگونه ارزیابی می‌کنید؟
به طور کلی، موانع بر سر راه معرفی درمان‌ها و محصولات مبتنی بر مهندسی بافت به بازار به سه دسته تقسیم می‌شوند:
1-چالش‌های فنی: منبع سلولی بهینه، مواد داربست، پروتکل ساخت، رد پیوند، ریزمحیط مناسب، عروق‌سازی مناسب و تحویل بهینه) و تسهیل فرآیند ادغام ایمپلنت با میزبان، که ممکن است برای مثال شامل تعدیل پاسخ ایمنی موضعی، پیش شرطی کردن ایمپلنت‌ها (به جهت کاهش شوک متابولیک انتقال از محیط کشت به پلاسما)، یا تحریک رگزایی باشد.
2-چالش‌های تولید : مقیاس بندی به نحوی که پاسخگوی نیازهای بالینی باشد، جدول زمانی، عمر مفید و قیمت
3-چالش‌های نظارتی : درصد پایین تأییدیه‌ها و دستورالعمل‌ها
به نظر می رسد دانشگاه‌ها در رفع چالش‌های فنی، صنعت در رفع چالش‌های تولید و دولت‌ها در رفع چالش‌های نظارتی بتوانند نقش موثری ایفا نمایند. مسلما هر یک از این سه رکن می توانند در تسهیل رفع موانع سایر چالش‌ها نیز تاثیرگذار باشند.
10- به نظر شما ایران در مقایسه با کشورهای پیشرو در این حوزه چه ظرفیت‌ها و چه کمبودهایی دارد؟
خوشبختانه جایگاه ایران در تولید علم مهندسی بافت قابل توجه است: تولید مناسب مقالات معتبر علمی هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی و راه اندازی رشته های تحصیلات تکمیلی مرتبط و تربیت متخصصان و نیروی انسانی خبره از شاخص‌های این حوزه می باشد. بطور کلی روند موفقیت در زمینه‌های بالینی و تجاری کندتر از سرعتی بوده است که از ابتدا پیش‌بینی می‌شد که می‌توان آنرا بیشتر به مسائلی غیر از علم و فناوری نسبت داد مانند مسائل مربوط به تولید انبوه، آزمایشات بالینی کمتر از حد انتظار، فرآیندهای نظارتی و اقتصاد سلامت. اگرچه ایجاد شرکت‌های رشدی و تولید محصولات مهندسی بافت از حدود 15 سال پیش در ایران آغاز شده و روند رو به رشدی را نیز تجربه می کند؛ لکن وجود جدی چالش‌های نظارتی در برخی موارد مانع نرخ مناسب رشد تولید و عرضه محصولات مهندسی بافت و رقابت با ایمپلنت‌های دائمی وارداتی می شود.
11- آیا برای توسعه بیشتر این فناوری به همکاری بین‌المللی یا جذب سرمایه‌گذاری فکر کرده‌اید؟
هم اکنون آزمایشگاه اینجانب با چندین مرکز دانشگاهی بین المللی در حوزه مهندسی بافت در زمینه تبادل دانشجو، تولید علم و توسعه نمونه محصول مشترک همکاری دارد. جذب اعتبار از مسیر اجرای طرح‌های مشترک بین المللی جزء برنامه های در دست اجرای آزمایشگاه اینجانب می باشد.
12- مهم‌ترین درسی که از مسیر توسعه این فناوری گرفته‌اید چه بوده است؟
شناخت عوامل موثر و درک مکانیسم‌های لازم برای تقلید دقیق معماری پیچیده بافتهای زنده جهت مهندسی معکوس بافت و بهبود کارایی رویکردهای کنونی، آگاهی من را در اثبات نظم حاکم بر قوانین الهی و وجود خالق دانا و توانا به طور موثری افزایش داده است.
13- توصیه شما به فناوران جوانی که قصد ورود به حوزه مهندسی بافت را دارند چیست؟
باتوجه به ماهیت بین رشتهای مهندسی بافت، متخصصان رشته‌های متعدد علوم پایه، علوم مهندسی و علوم پزشکی و دامپزشکی می توانند در تولید محصولات موثر مهندسی بافت ورود نمایند. با توجه به نقش آن در اقتصاد سلامت، چشم انداز مناسب اقتصادی هم در سطح ملی و هم در سطح بین المللی برای حوزه مهندسی بافت متصور است. از طرف دیگر، از تولید کیفی علم در حوزه مهندسی بافت استقبال می شود و همکاری‌های موثر بین المللی در این زمینه قابل انجام می باشد. در مجموع اینجانب به عنوان یک متخصص در زمینه منهدسی بافت، ورود به این حوزه پربازده علمی و صنعتی را به عزیزان جوان فناور و دانش پژوه توصیه می نمایم.
بر خود لازم می دانم از شما و همکاران محترم اداره کل سیاستگذاری فناوری و نوآوری دانشگاه تهران که این فرصت ارزنده را برای بیان دیدگاه‌های متخصصان و ایجاد ارتباط با نسل جوان فناور فراهم آوردید صمیمانه قدردانی نمایم.