بخشی از مقاله
راهکاری هایی برای درمان و بازسازي بافت هاي از كار افتاده
پيش گفتار
يكي از معضلات بزرگي كه علم پزشكي از ديرباز با آن درگير بوده است، ارائه درماني قطعي براي بازسازي بافت هاي از كار افتاده و يا معيوب است. متداول ترين شيوه در درمان اين نوع بافت ها، روش سنتي پيوند است كه خود مشكلات عديده اي را به دنبال دارد. از جمله اين مشكلات مي توان به كمبود عضو اهدائي، هزينه بالا و اثرات جانبي حاصل از پيوند بافت بيگانه Allograft)) كه مهمترين آنها همان پس زني بافت توسط بدن پذيرنده است اشاره كرد. اين محدوديت ها دانشمندان را بر آن داشت تا راه حلي مناسب براي اين معضل بيابند.
مهندسي بافت با عمر حدوده 1 ساله خود روشي نويد بخش در توليد گزينه هاي بيولوژيكي براي كاشتني ها (Implants) و پروتزها ارائه كرده و وعده بزرگ تهيه اندام هاي كاملاً عملياتي براي رفع مشكل كمبود عضو اهدائي را مي دهد. اهداف مهندسي بافت فراهم سازي اندام هاي كارآمد يا جايگزين هاي قسمتي از بافت براي بيماراني با ضعف يا از كارافتادگي اندام و يا بيماري هاي حاد است كه اين امر با استفاده از روشهاي درماني متنوع اندام مصنوعي- زيستي تحقق مي يابد. بنا به تعريف، مهندسي بافت رشته اي است كه از تركيب علم بيولوژي مواد و علم مهندسي يا به عبارتي Biotech جهت بيان ارتباطات ساختاري بافت هاي فيزيولوژيكي و طبيعي پستانداران در راستاي توسعه روش هاي نوين ترميم بافت و جايگزين سازي بافت، توسعه يافته است. مهندسي بافت شامل مباحثي نظير تركيبات نوين سلول ها، بيومواد غيرسلولي، داروها، فرآورده هاي ژني يا ژن هايي مي باشد كه قابل طراحي، تشخيص و ساخت بوده و امكان رهايش آنها به طور همزمان يا ترتيبي به عنوان عامل هاي درماني ميسر باشد. اگرچه داروها يا بيومواد غير سلولي به مواد بسياري اطلاق مي گردد اما درمان هاي منهدسي بافت در واقع منحصر به فرد هستند.
داربست مهندسي بافت
در مهندسي بافت، سلول ها بر روي يك بستر از جنس پليمر زيست تخريب پذير بسيار متخلخل استقرار يافته، رشد و تكثير مي يابند. روند رشد اين سلول ها در جهت بازسازي بافت در سه بعد است. يكي از اساسي ترين قسمت هاي مهندسي بافت، داربست هاي زيست تخريب پذير هستند كه تحت نام Scaffold شناخته مي شوند. اين داربست ها در حقيقت بستري متخلخل با ساختاري شبيه به ماتريس برون سلولي بافت (ECM) هستند كه رشد سلول را به سمت تشكيل بافت مورد نظر جهت مي دهند. از آنجا كليه سلول هاي بدن به غير از سلول هاي سيستم خون
رساني و بافت هاي جنيني خاص بر روي ECM رشد مي كنند، ايجاد يك بستر مصنوعي در محيط in vitro بسيار اهميت دارد. با رشد سلول ها بر روي داربست، داربست تخريب مي شود. جنس اين داربست ها پليمر و در بعضي موارد كامپوزيت پليمر- سراميك است. پليمر هاي متداول مورد استفاده در مهندسي بافت در جدول 1 آورده شده است.
پر استفاده ترين پليمر ها در مهندسي بافت پليمرهاي خانواده پلي- هيدروكسي اسيد شامل PGA , PLA و PLGA هستند كه به طور گسترده به عنوان داربست مورد استفاده قرار مي گيرند. داربست هاي كامپوزيت پليمر-سراميك در موارد ارتوپدي استفاده شده و از مهمترين سراميك هاي به كار رفته در آنها مي توان به تري كلسيم فسفات، تتراكلسيم فسفات و هيدوركسي آپاتيت اشاره كرد. علت به كارگيري سراميك ها در داربست، افزايش استحكام پليمر، چسبندگي به استخوان و قابليت تحرك رشد درون استخوان است. بهينه ترين كامپوزيت در اين مورد تركيب PLGA و هيدروكسي آپاتيت شناخته مي شود.
مكانيزم تخريب PGA , PLA و كوپليمر هاي آنها بر اساس هيدروليز تصادفي باندهاي استري زنجيره پليمري است. محصول نهايي اين تخريب آب و است كه به آساني از بدن دفع مي شوند. يك داربست ايده آل بايد داراي تخلخل مناسب براي انتشار مواد غذايي بوده و امكان پاكسازي مواد زائد را داشته و داراي پايداري مكانيكي مناسبي جهت تثبيت و انتقال بار باشد. علاوه بر اين، شيمي
سطح ماده بايد چسبندگي سلول و علامت دهي داخل سلولي (intracellular signaling) را به نحوي ارتقاء دهد كه سلول ها فنوتيپ طبيعي خودشان را بروز دهند. براي رشد سريع سلول، داربست بايد داراي ميكروساختار بهينه باشد، فاكتورهاي مهم يك داربست عبارتند از اندازه خلل و فرج، شكل و مساحت ويژه سطح. خلل و فرج موجود در داربست در حقيقت مسيرهاي غذارساني
سلول ها و دفع پسماندهاي سلولي هستند. براي مثال خلل و فرج بهينه براي رشد سلولهاي فيبروبلاست درون رست ، خلل و فرج مناسب براي بازسازي پوست يك پستاندار بالغ 30-350 , 20-125 براي بازسازي استخوان است. بنابراين هدف اصلي در ساخت داربست، كنترل دقيق اندازه خلل و فرج و تخلخل است. مورد ديگر نحوه ايجاد چسبندگي مناسب سلول به سطح داربست
است كه در اين مورد هم شيوه هاي متفاوتي به كار برده مي شود، يكي از ساده ترين شيوه ها به كارگيري رشته هاي كوچك پپتيدي در پروتئين هاي ECM است كه به عنوان واسطه مسئوليت چسبندگي سلول به بيومواد را بر عهده دارند. اجزاء گوناگون سرم قابل حل (پروتئين ها، پپتيدها) و رشته RGD براي تسهيل چسبندگي سلول شناخته شده اند.
روش هاي ساخت داربست
از آنجا كه ECM بافت هاي مختلف باهم تفاوت دارد، داربست هاي مصنوعي به كار رفته براي هر بافت نيز با هم فرق مي‌كند. تهيه داربست هايي با ماتريس هاي مختلف نيازمند به كارگيري روش هاي ساخت متفاوتي است كه هر يك شيوه و كاربرد منحصر به خود را دارد. از جمله اين روش ها مي توان به
Melt Casting , Freeze Drying , Membrane Lamination , Solvent Casting
Gas Foaming , Polymerization, Phase Separation
اشاره كرد. شكل داربست يا به عبارتي Morphology آن بايد دقيقاً شبيه بافت معيوب باشد. براي شبيه سازي شكل داربست با قسمت ناقص اندام (defect) از شيوه هاي كامپيوتري همانند CAD استفاده مي شود. داربست پردازش شده بر اساس اين الگو مورفولوژي دقيقي از ناحيه معيوب بافت خواهد داشت.
در ذيل خلاصه اي از روش هاي مهم ساخت داربست آمده است.
قالب گيري حلال (Solvent Casting): قالب گيري حلال يك روش ساده براي توليد داربست مهندسي بافت است. در اين روش پليمر در يك حلال مناسب حل شده و در قالب ريخته مي شود. سپس حلال حذف گرديده و حالت پليمر را در شكل مورد نظر حفظ مي‌كند. اين شيوه به شكل هاي قابل حصول محدود مي شود. غالباً تنها طرح هاي قابل شكل‌گيري در اين روش صفحات صاف
و لوله ها هستند. البته با قراردادن صفحات صاف روي هم نيز مي توان به اشكال پيچيده تر دست يافت. در اين شيوه مي توان با شستن ذراتي مانند كريستال هاي نمك كاشته شده درون پليمر كه Progen خوانده مي شود، داربست را به صورت متخلخل درآورد. مزيت اصلي قالب گيري حلال سادگي ساخت بدون احتياج به تجهيزات خاص است. همچنين از آنجا كه عمل ساخت در دماي
اتاق انجام مي گيرد نرخ تخريب پليمر زيست تخريب پذير به روش قالب گيري حلال كمتر از فيلم هاي قالب گرفته شده از طريق تراكم خواهد بود. عيب اصلي قالب گيري حلال باقي ماندن احتمالي حلال سمي درون پليمر است. براي رفع اين عيب بايد به پليمر اجازه داد تا كاملاً خشك شده و
سپس با استفاده از خلاء حلال باقي مانده را خارج نمود. عيب ديگر اين روش احتمال تغيير يافتن ماهيت پروتئين و ديگر مولكول هاي موجود در پليمر به واسطه استفاده از حلال است. (شكل 2)
لايه سازي غشاء (Membrane Lamination): لايه سازي غشاء روش هاي درماني از طريق سلول هاي كپسوله شده براي رهايش گسترده اي از محصولات به دست آمده از مولكول هاي كوچك (براي مثال، دوپامين، انكفالين ها) تا محصولاتي با ژن هاي بسيار بزرگ (مانند فاكتورهاي رشد، ايميونوگلوبولين ها) را در بر مي گيرد. رهايش مواد فعال در مناطق خاصي از بدن به طور سنتي توسط كپسول هاي پليمري تخريب پذير و غير تخريب پذير كه حاوي يك يا چند دارو هستند احاطه
شده است. در اين حوزه مواد در حين ساخت با يك ماتريس پليمري تركيب شده و سپس بعد از مدت زماني مشخص از ميان ماده (diffusion) و يا در خلال تخريب ماده (erusion) آزاد مي شوند. در اين جا كنترل مناسب كنتيك هاي آزاد شده از اهميت خاصي برخوردار است. يك مثال در اين مورد كنتيك هاي رها شده مرتبه صفر به دست آمده از ميله هاي كوپليمر استات اتيلن- ونيل (EVAc) به كار رفته در رهايش عامل هاي شيمي درماني در مغز است. در طول دو دهه اخير محققان تلاش كرده اند كه مواد را از ناقل هاي رهايش هيبريدي زيست مصنوعي (bioartificial) كه شامل لايه هاي غشا بر سطح اجزاء سلولي كپسوله شده كه درون غشا هستند آزاد كنند. كارب
رد و هدف اصلي سلول هاي كپسوله شده، درمان دردهاي مزمن بيماري پاركينسون و ديابت نوع I، همچنين ناتواني هاي ديگر ناشي از افت ترشح عملكرد سلول است كه با كاشت اندام يا درمان هاي دارويي به طور كامل قابل مداوا نيستند. كپسوله كردن بافت عموما به دو شكل انجام مي گيرد: لايه بندي غشا ميكروكپسوله و ماكرو متخلخل در ميكرو كپسوله سازي يك يا چند سلول با پراكندگي‌هاي كروي فراوان (با قطر 100-300 nm) كپسوله مي شوند. در ماكرو كپسوله سازي تعداد زيادي از سلول ها يا توده هاي سلولي در يك يا چند كپسول نسبتاً بزرگ كاشته مي شوند. مزيت روش دوم، پايداري شيميايي و مكانيكي و سادگي بازيافت در صورت نياز است. اولين
دستگاهي كه به اين روش تأئيديه ايالت متحده را كسب كرده است دستگاهي به نام كبديار (Liver assist)
انجماد- خشك سازي (Freeze- Drying): اين شيوه براي توليد داربست هاي PLG بسيار متخلخل با مزيت قابليت تلفيق رشد پايه پروتئيني و فاكتورهاي تفاضلي در زمان پردازش، معرفي شده است. اين شيوه قادر به ايجاد داربست هايي با تخلخل بيشتر از 90% و كنترل خلاء و فرج هايي به اندازه 20- 200 است. اين روش پردازش شامل ايجاد يك امولسيون از طريق هموژنيزه كردن محلول پليمر- حلال و آب، سرد كردن سريع امولسيون جهت حفظ ساختار حالت مايع و حذف حلال و آب در اثر انجماد و خشك سازي است. (شكل 3)
در اين فرايند، در ابتدا دو محلول مخلوط شدني فاز آب و يك فاز آلي را تشكيل مي دهند. فاز آلي توسط حل شدن PLG با ويسكوزيته ذاتي ويژه در MC ايجاد مي شود. فاكتورهاي زيست فعال و عوامل فعال را مي توان در اين فاز حل كرد. فاز آب از آب فوق خالص به همراه آب يا بدون افزودني هاي حل شدني مختلف مانند فاكتورهاي زيست فعال هيدروفيل تشكيل شده است. سپس فاز آلي و آب در يك لوله آزمايش شيشه اي كه 40% حجم آن آب است به هم اضافه شده و دو لايه
نامخلوط را شكل مي‌دهند. اين لايه هاي نامخلوط به وسيله يك همگن ساز دستي كه در سرعت هاي مختلف نتظيم مي شود همگن شده و در يك قالب مناسب (براي مثال، شيشه يا مس) ريخته مي شود سپس با گذاشتن سريع قالب بر روي بلوك مس در كنار نيتروژن مايع با دماي (~ -1960C) سرد مي شود. نمونه هاي فوق در يك دستگاه انجماد- خشك سازي سفارشي 20
motorr و دماي آغازين –1100C منجمد و خشك مي شوند. بعد از اينكه دماي داخل امولسيون براي يك ساعت در –1100C به تعادل رسيد، دستگاه تراكم ساز خاموش شده و دستگاه متراكم ساز و امولسيون به آرامي در طي 12h تا دماي اطاق گرم مي شوند. نمونه هاي به دست آمده در يك دستگاه خشك ساز خلا در دماي اتاق براي ذخيره سازي و حذف بيشتر هر گونه حلال باقيمانده قرارداده مي شوند.
جداسازي فاز (Phase Separation): اين روش بر اساس جداسازي فاز مايع- جامد در محلول پليمر در اثر بلورينگي حلال عمل مي‌كند. اسفنج به دست آمده در اثر فرآيند جداسازي فاز مايع- جامد داراي مورفولوژي لوله اي شكل ناهمگون با يك ساختار نردباني شكل داخلي است. اسفنج فوق با شبكه اي از خلل و فرج هاي پيوسته توسط القاي گرمايي جداسازي فاز مايع- مايع ايجاد مي شود. ماتريس رشته اي مصنوعي با فيبرهايي با قطري به مقياس نانومتر توسط فرآيند ژل سازي به وسيله القاي گرمايي تهيه مي شوند. ماتريس هاي نانو رشته اي با ساختار ماكرومتخلخل به
وسيله تركيب روش پالايش پروژن و فرآيند ژل سازي به وسيله القاي گرمايي به دست مي آيند. اسفنج هاي متخلخل پليمرهاي زيست تخريب پذير و آپاتيت هاي استخواني معدني شكل توسط فرآيند جداسازي فاز مايع- جامد و فرآيند زيست تقليدي تهيه مي شوند. جداسازي فاز محلول پليمر را مي توان به چندين روش ايجاد كرد، كه شامل جداسازي از طريق غير حلال، جداسازي فاز از طريق شيميايي و جداسازي فاز از طريق گرمايي (TIPS) مي شود. در فرايندTIPS كه يك روش
نسبتاً جديد براي تهيه غشاهاي متخلخل است، دماي محلول پليمر كاهش يافته و جداسازي فاز رخ مي دهد كه فاز اول آن غني از پليمر و فاز دوم فقير از پليمر است. بعد از خارج سازي حلال از طريق عصاره گيري، تبخير يا تصعيد، پليمر موجود در فاز غني از پليمر به شكل اسكلت سخت شده و فضاهاي اشغال شده توسط حلال در فاز عاري از پليمر به صورت خلل و فرج اسفنج پليمر در مي آيند. غشاهاي به دست آمده از اين فرايند معمولاً داراي خلل و فرجي با قطر چندين ميكرومتر بوده و معمولاً براي داربست هاي مهندسي بافت مناسب نيستند. (شكل 4)
بسپارش (Ploymerization): داربست هاي به دست آمده از طريق روش بسپارش كانديدهاي خوبي براي مهندسي بافت به شمار رفته و به دليل سهولت ساخت نسبت به روش هاي ديگر ساخت داربست ارجحيت دارند. با وجوديكه پليمرهاي متخلخلي را مي توان به اين روش بسپارش كرد اما تعداد كمي از آنها منجر به داربست هاي متخلخل مي شوند. در اين روش تركيب منومر در حضور حلالي كه منومر در آن قابل حل ولي پليمر غير قابل حل است، درون قالب بسپارش مي
شود. گذار حلاليت در خلال بسپارش منجر به دو فاز مي گردد، ساختار زيستي پيوسته پليمر و حلال. بدين ترتيب داربست توليده شده در نتيجه بسپارش براي ايجاد خلل و فرج هاي درهم نيازي به پالايش پروژن ندارند. اسفنج ها يا داربست هاي PHEMA ساخته شده به اين روش داراي قابليت دخول سلول بوده و حلال مازاد آنها معمولاً آب است. اسفنج هاي PHEMA به منظور افزايش حجم
پستان و جايگزيني غضروف بيني نگهدارنده بين بافت قرنيه و هسته مركزي و جايگزين بافت هاي نرم به كار برده مي شوند. يكي از معايب اين اسفنج‌ها، آهكي شدن آنها پس از مرور زمان است. اين اسفنج ها قابليت تحمل اتوكلاو را داشته و به سادگي به اشكال مختلف تغيير فرم مي دهند.
اسفنج سازي گازي (Gas Foaming): روش اسفنج سازي گازي به دليل قابليت تخلخل پذيري بالا بدون به كارگيري دماي بالا يا حلال آلي حائز اهميت است. با حذف دماي بالا و حلال آلي مي توان
مولكول هاي زيست فعال بزرگ شامل فاكتورهاي رشد را با حفظ فعاليت زيستي در پليمر مجتمع ساخت. پليمري كه در اين روش پردازش مي شود PLGA است. در اين روش گرانول هاي PLGA و پروژن كه معمولاً كلريد سديم است در يك كانتينر با فشار بالا (در حدود 5.5 Mpa) با CO2به مدت 24h به تعادل مي رسند. در اين مدت گاز CO2 در پليمر كه اكنون در تعادل ترموديناميكي به حالت
سيال در آمده است حل مي شود. سپس فشار را به سرعت كاهش مي دهند. افت سريع فشار سبب به هم خوردن تعادل ترموديناميكي و در نتيجه تشكيل هسته حباب هاي CO2 در پليمر مي گردد. پليمر كه پس ازكاهش فشار تمايل به رسيدن به حالت جامد دارد به شكل اسفنج منبسط ميشود. ذرات پليمري منفرد در اطراف ذرات پروژن منبسط شده و پس از پالايش پروژن فوق يك
داربست بسيار متخلخل با خلل و فرج هاي باز كنترل شده به دست مي آيد. از جمله مزاياي اين روش كنترل اندازه خلل و فرج و قابليت ايجاد داربست هاي بزرگ، عدم استفاده از حلال آلي و دماي بالا را مي توان نام برد. (شكل 5)
شكل 6، طرح بسيار ساده اي از فرآيند مهندسي بافت را نمايش مي دهد. در ابتدايي ترين مرحله اين نمودار، بافت از طريق biopsy خارج مي گردد. بافت فوق ميتواند Autograft (بافت خود فرد) يا Allograft (بافت فرد ديگر) يا Xenograft (بافت گونه ديگر) باشد. بافت به دست آمده در اين مرحله همانند بانك خون وارد قرنطينه شده و از جنبههاي مختلف بيماري زايي مانند وجود ويروس HIV يا هپاتيت C,B، و تغييرات بردارهاي ژني مورد بررسي قرار مي گيرند. بافت ها تا زمان تعيين ايمني نهايي در قرنطينه و شرايط سرد نگهداري مي شوند.
مرحله بعد شامل تست هاي ايمني است كه شامل آزمون بافت از نظر Sterility در محيط تيوگليكولات يا مواد تصويب شده ديگر،تعيين سميت توسط آزمايش LAL و تست ميكوپلاسما توسط كشت مستقيم در محيط Sentry Cell Culture ميشود.
پس از مراحل فوق پردازش بافت كه شامل دو قسمت گزينش و جداسازي سلول از بافت است شروع مي گردد. در مرحله جداسازي، سلولها از طرق مختلف از بافت جدا ميشوند. اين طرق شامل روشهاي برون كاشت، آنزيمي، مكانيكي، تجزيه شيميايي، تزريقي و تركيبي ميشود.
گزينش سلولي بر اساس خاصيت منحصر به فردي كه يك سلول را از ديگري متمايز مي كند مانند چگالي، اندازه، نشانه گذاري، گذرگاههاي منحصر به فرد متابوليكي و احتياجات غذايي صورت مي گيرد.
سلولهاي بدست آمده بر روي داربست كاشته شده و در محيط كشت سلولي كه شامل مخلوطي از مواد غذايي ضروري (نمكها، آمينو اسيدها، ويتامينها، كربوهيدراتها، اسيدهاي چرب)، بافرها (تثبيت كنندهها) و عناصر رديابي بصورت مكمل فاكتورهاي ميتوژنيك مشتق شده از حيوان، هورمونهاي مصنوعي و فاكتورهاي رشد مي باشد قرار مي گيرد. انواع خاصي از سلولهاي بر
اي تكثير نيازمند هم كشتي با سلولهاي feeder هستند.
سلولها براي مدتي معين بر روي داربست كشت يافته و سپس در محل آناتوميكي مورد نظر Transplant مي شوند.
لازم به ذكر است كه كليه مراحل مهندسي بافت تحت نظارت دقيق سازمان غذا و دارو (FDA) صورت مي پذيرد.
مهدي كاظم زاده
نتايج قانونمند و استاندارد شده
REGULATORY ISSUES AND STANDARDIZATION
استيون- تي- بويس
-پيشگفتار
پيدايش مهندسي بافت به عنوان يك رشته تحصيلي دانشگاهي و صنعت جهاني فرصت هاي بي نظيري را در جهت يافتن روشهاي نوين معالجه براي درمان بيماريهاي مادرزادي يا اكتسابي بوجود آورده است. مهندسي بافت شامل مباحثي نظير تركيبات نوين سلولها، بيومواد غير سلولي، داروها، فراورده هاي ژني، يا ژنهايي مي باشد كه قابل طراحي تشخيص و ساخت بوده و امكان رهايش آنها به طو همزمان يا ترتيبي به عنوان عاملهاي درماني ميسر باشد. اگرچه داروها يا بيومواد غير سلولي به مواد بسياري اطلاق مي شوند اما درمانهاي مهندسي بافت درواقع منحصر به فرد هستند. بنابراين فقدان استانداردهايي كه توسط آنها اثر بخشي و ايمني مورد ارزيابي قرار گيرد. مشخصه عمومي درمانهاي مهندسي بافت در اوايل قرن بيست و يكم خواهد بود. عليرغم نبود استانداردهاي مورد نياز براي ارزيابي، مسئوليت اداره كل خوراك دارو ايالات متحده (FDA). در جهت حفاظت عموم از خطرات تهديد كننده سلامتي مرتبط با درمانهاي تحقيقي به قوت خود باقي است. FDA انتظار دارد كه درمان هاي تصويب شده براي استفاده در ايالات متحده ايمن و مؤثر باشد. معيارهاي ايمني براي تجهيزات پزشكي مستلزم برتري فوايد احتمالي نسبت به خطرات احتمالي درمان يا بيماري درمان نشده است.
معيار اثر بخشي تجهيزات بايد نشان دهنده كارآيي دستگاه براي كاربردهاي هدفمند و حتي المقدور امكان استعمال و بازگرداندن نقص فيزيولوژيكي ايجاد شده توسط بيماري در بخش قابل ملاحظه اي از جمعيت هدف باشد. اين استانداردهاي قانونمند در مورد درمانهاي مهندسي بافت درست همانند تجهيزات پزشكي متداول داروها يا مواد بيولوژيكي استفاده مي شوند. به هر حال چندگانگي در اكثر درمان هاي مهندسي بافت به همراه فقدان مستندات، ارزبابي FDA را در ايمني و تأثيرپذيري آنها دشوار ميسازد با اين وجود FDA با برقراري رشهاي نوين در ارزيابي ايمني و تأثير پذيري، به طور بسيار پويا نسبت به اين پتانسيل عظيم كه منافع عمومي را در راستاي مهندسي
بافت در بر دارد انجام وظيفه نموده است. ابتكارات جديد FDA با اتفاق نظرهمگاني با شركت اساتيد دانشگاه، صاحبان صنايع و دولت مردان با هدف ايجاد راهنما و استانداردهايي جهت ارزيابي تركيبات و عملكرد بافت هاي مهندسي شده صورت گرفت. يكي از مهمترين اين ابتكارات شركت كردن FDA در يك كارگروهي با انجمن سنجش و مواد آمريكا (ASTM) براي پايه ريزي استانداردهاي محصولات پزشكي و مهندسي بافت است. توسعه استانداردها توسط ASTM نويد تسهيل در فرايندهاي ارزيابي معرفي بافت هاي مهندسي شده جهت به ارمغان آوردن منافع گوناگون پزشكي در
كوتاهترين زمان ممكن و كمترين هزينه را مي دهد. شركت در تلاش ASTM به منظور توسعه استاندردها، داوطلبانه بوده و براي عموم آزاد است. اين امر بيشترين امكان را در پايه ريزي استانداردهاي جامع براي مهندسي بافت فراهم نموده و با استانداردهاي بين المللي همخواني دارد. همچنين پايه علمي گسترده اي در علوم پايه و پزشكي براي FDA ايجاد مي‌كند. اين فصل چندين موضوع ويژه ضوابط درمانهاي مهندسي بافت را مورد بررسي قرار مي دهد. البته اين مبحث هيچ گونه سياست يا موضع فكري را از FDA نشان نداده و در حوزه خود نيز جامع نمي باشد.
-ملاحظات ايمني SAFETY CONSIDERATION
بدليل تشكيل اجزاي بنيادي بافت از سلولها، اكثر درمانهاي مهندسي بافت شامل سلولها مي شوند علاوه بر اين مزيت اساسي مهندسي بافت، نگهداري يا حذف بافت اهدا شده از دريافت كننده است. تحقق اين مزيت بستگي به تكثير يك يا چند توده سلولي در شرايط خارج بدني (in vitro) و يا درون بدني (in vivo) دارد. تكثير توده هاي سلولي به لطف روشهاي مهندسي بدون نياز به كشت سلولي خارج بدني صورت مي گيرد. بسياري از سيستمهاي كشت سلولي شامل
تركيبات مشتق شده از حيوان و ساير آلاينده هاي شيميايي يا بيولوژيكي است. علاوه بر اين اگر سيستم حاوي سلولهاي دگرزا (allogenic) يا بيگانه را باشد انتقال عوامل اكتسابي ممكن مي شود. هم بيمار و هم كاركنان آزمايشگاه بايد در قبال عوامل بيماري زاي احتمالي محافظت شوند به منظور حصول اطمينان كافي از ايمني در درمان هاي مهندي بافت FDA استانداردهايي را كه عمدتاً از مراكز تحقيقاتي و ارزيابي بيولوژيكي (CBER) به دست آمده است. را اعمال مي‌كند. اين
استانداردها شامل موارد ذيل بوده اما تنها به آنها محدود نمي شود اين موارد عبارتند از: اجزاء محيط، به دست آوردن بافت، ذخيره سازي و به كارگيري كاشتني و سنجش ايمني محصول نهائي.
-اجزاء محيط: MEDIA COMPONENTS
يك محيط كشت سلولي سنتي شامل مخلوطي از مواد غذايي ضروري (نمك ها، آمينواسيدها، ويتامين ها، كربوهيدرات ها، اسيدهاي چرب)، بافرها، (تثبيت كننده ها) و عناصر رديابي مي باشد كه با عوامل ميتوژنيك مشتق شده از حيوان، هورمون هاي مصنوعي، يا فاكتورهاي رشد باز تركيبي تكميل مي گردد. انواع خاص سلول ها نيز جهت تكثير نياز.مند كشت همزمان با سلولهاي تغذيه كننده هستند. كشت سلولي سنتي با سركوب همزمان سلولهاي ديگر بافت اصلي سبب تحريك رشد انتخابي انواع سلولهاي هدف مي گردد. اما به دليل اينكه درمان هاي مهندسي بافت مي تواند در برگيرنده چنيدين نوع سلول باشد براي تكثير انتخابي سلولهاي كشت شده يا خوابانيدن
ساختارهايي كه شامل انواع سلولها هستند محيطهاي متعددي را مي توان مورد استفاده قرار داد. در نتيجه آماده سازي مواد مهندسي بافت مي تواند شامل ارتباط اجزاء آنها با محيط هايي داراي فرمولاسيون هاي مختلف باشد. هر محيط فرمولاسيون منحصر به فردي از مواد غذايي ضروري و مكمل خود را داشته كه بايد به طور جداگانهاي مورد ملاحظه قرار گيرد و جهت ايمني بيمار كه
ضروري مي توانند حامل آلايندههاي شيميايي باشند كه در حين فرايند پالايش زوده نشده اند سلولهاي مكمل يا تغذيه كننده مي توانند شامل آلاينده هاي بيولوژيكي باشند كه سبب عفونت شده و يا از رشد سلولها براي كاشتني نهايي جلوگيري مي كنند.
هرگونه تماس با تركيبات مشتقات حيواني يا انساني ممكن است سبب انتقال ژن هاي ايمني دگرزا يا بيگانه زا به دريافت كننده گردد به طور كلي هر تركيب از هر محيطي را ميتوان توسط گواهي تجزيه و تحليل شناسائي نمود. اين گواهي تركيبات شيميايي و آزمون هاي بيولوژيكي را كه براي عوامل بيماري زا به وسيله FDA وضع شده است. توصيف مي‌كند. گواهي تجزيه و تحليل از طريق سازندگان اغلب محيط هاي تجاري در دسترس قرار داده مي شوند. به طور ايده آل، كليه محيط هاي به كار رفته در ساخت كاشتنيهاي مهندسي بافت بايد براي تعيين تركيباتشان داراي درجه خلوص در سطح دارويي باشند. متأسفانه تعريف اين سطح بيوشيميايي هنوز براي بسياري از
سلولهايي كه در شرايط خارج بندي جهت پيوند رشد داده مي شوند به دست نيامده است. با وجود اين اهميت پالايش بيوشيميايي در محيط كشت سلولي شناخته شده و به طور وسيعي براي بيش از دو دهه مورد مطالعه قرار گرفته است. در نتيجه تاكنون نمونه هاي بسياري از محيط هاي بيوشيميايي براي كشت تركيبي و يا انتخابي سلولهاي انسان تعريف شده است. اصول پايه ريزي شده توسط اين موارد بايد به وسيله محققان و توسعه دهندگان كاشتني هاي مهندسي بافت
اعمال شود تا استعمال تركيبات مشتقات حيواني يا انساني در كشت سلولي كاهش يافته يا حذف گرديد. درجه داروي محيط ها براي محصولات پزشكي مهندسي بافت يك هدف قابل دسيابي بوده و در دسترس بودن چنين محصولاتي احتمال ايمني بيماران را افزايش مي دهد. البته محيطهاي از اين نوع ممكن است هزينه قابل ملاحظه اي را به ساخت كاشتني هاي مهندسي بافت بيافزايند.
-اكتساب بافت TISSUE ACQUISITION
تنوع و انعطاف پذيري روشهاي مهندسي بافت امكان افزودن سلولهاي اتولوگ(خودي)، آلوژنيك (دگرزا) يا زنوژينك (بيگانه زا) را به كاشتنيهاي ساخته شده فراهم نموده است. نكات ايمني دريافت كننده سلولهاي اتولوگ خودي به طور عمومي به دريافت عوامل اكتسابي(ميكروبي، ويروسي، عفوني) در آزمايشگاه محدود ميشود. البته تلفيق سلولهاي دگرزا يا بيگانه زا از امكان انتقال عوامل بيماري زا را اهدا كننده هاي غير اتولوگ فراهم مي‌كند. براي بافت هاي الوژيك،
استانداردهاي ايمني جهت نگهداري متداول بافتهاي انساني با عصاره هاي بافت مقرر شده است. اين استانداردها مشابه بانك خون بوده و نيازمند بررسي اهدا كننده ها از جنبه هاي مختلف بيماري زايي است. كه از آن جمله ميتوان ويروس ضد ايمني انسان (HIV) و انواع هپاتيت B و C را نام برد.
در فرآيند هاي ساخت دستگاههاي مهندسي بافت تعيين وضعيت مساعد اهدا كننده نيازمند تلفيق آزمون هاي بيماري زايي با فرايند هاي بهتر آزمون هاي ساخت (GMPS) دارد. مشابه بانك
هاي بافت چه بافتها براي كاشتن به كاربرده شوند، و چه طرد شوند، به مهندسان بافت جهت ثبت و رديابي تاريخچه بافتها از زمان اهدا شدن در خلال فرآيند تا نگهداري و تنظيم نهايي نياز خواهد بود.
چنانچه بافت اهدا شده براي بررسي بيماري زايي فرا خوانده شود مسئوليت آگاهي دادن به پزشكي كه وظيفه كاشتن بافت توزيع شده را دارد بر عهده توزيع كننده بافت خواهد بود. مهندسان بافت تا زماني كه كاشتني هاي مهندسي بافت حاوي اجزاء باشند، به عنوان صاحبان بانك بافت قلمداد شده و همان مسئوليت را بر عهده خواهند داشت. همچنين شرايط آزمون در صورتيكه بافت از فرد فوت شده يا اهداء كننده زنده بدست آمده باشد متفاوت خواهد بود. در پايان تستهاي تبديل بافت تا چندين ماه پس از اهداء مورد نياز است. تا زمان تعيين ايمني نهايي، بافت ها يا سلولها در قرنطينه و اغلب در يخچالها يا شرايط سرد نگهداري مي شوند. قرنطينه بافت هاي بدست آمده از افراد فوت شده نيز قبل از عرضه جهت پيوند توسط بانك هاي بافت انجام مي پذيرد. بنابراين
مهندسان بافت كه با سلولهاي آرلوژنيك سرو كار دارند ممكن است از قوانين ايمني بانكهاي بافت به عنوان يك مرجع جامع بهره مند گردند. در حقيقت تمامي قوانين وابسته به FDA در مورد كسب ايمني و پردازش بافت هاي انسان تحت عنوان استانداردهاي بانكداري بافت از انجمن آمريكايي بانك هاي بافت بيان مي شود.
بدست آوردن بافت هاي آلوژنيك نيازمند ارائه وجه مناسبي از كاربردهاي هدفمند است هم
شركتهاي مهندسي بافت و هم بانك هاي بافت وظيفه توزيع بافت ها و يا مشتقات بافت را به صورت تجارت انتفاعي يا غير انتفاعي بر عهده دارند. با وجود اينكه استانداردهاي ايمني و تاثير پذيري تحت نظارت دادرسي فدرال تنظيم مي شود اما اهداي بافت تحت نظارت دادرسي فدرال
تنظيم مي گردد. بدليل اينكه اهداي اندام و بافت بر رضايت اهداء كننده يا خانواده وي احتياج دارد، فرم رضايت نامه بايد به وضوح هدف استفاده از بافت را نشان دهد. شفافيت اين موضوع بايد به حدي باشد كه مورد استفاده اي را كه بدست آوردن بافت با آن هدف صورت مي پذيرد كاملاً تصريح نمايد، پيوند مستقيم براي كاربردهاي درماني، بررسي هاي تحقيقاتي، با استفاده از بافت به عنوان منابع اصلي مواد جهت ساخت محصولي ديگر.
اخيراً استانداردهاي مشابهي براي استفاده ايمن از بافت هاي زنوژنيك توسط FDA پيشنهاد شده است. بدليل كاربرد بافت زنوژنيك در حفظ پتانسيل ذخائر عظيم بافت هاي معمولي از گونه هاي بسيار مختلف، يا بافت هاي حاصل از حيوانات با ژنهاي تغيير يافته، توسعه استانداردها در اين بخش بسيار درخور توجه است.
علاوه بر موضوعات ايمني مربوط به انتقال عوامل بيماري زا، ايمني زايي و پايداري بردارهاي ژن هاي تغيير يافته نيز بايد مورد ارزيابي قرار گيرند. همچنين اگر سلولهاي اصلاح شده از نظر ژنتيكي پيوند شده باشند، پاسخ مشخص دريافت كننده به فنو تيپ تغيير يافته سلول ها نيازمند مطالعه خواهد بود. توسعه يك چارچوب قانونمند كه احتمالات مختلف پيوند بافت هاي زنوژنيك با مشتقات آنها را در نظر بگيرد هنوز به صورت رقابتي بين مهندسان بافت و FDA باقي مانده است.
-ساخت و نگهداري كاشتي IMPLANT FABRICATION AND STORAGE
پس از بدست آوردن بافت ها و آزاد شدن آنها از قرنطينه، فرآيند مهندسي بافت آغاز ميشود با وجود تضمين هاي خاص در مورد عاري بودن بافت هاي آلوژنيك يا زنوژنيك از عوامل بيماري زا، بافت هاي گرفته شده از خود شخص معمولاً تحت آزمون بيماريهاي خوني مادرزادي قرار نمي گيرند. در نتيجه هر بافت انساني تست نشده را بايد آلوده به عوامل بيماري زاي مرگ آور فرض كرد.
بردارش بافت ها جهت كشت سلولي يا نگهداري مستقيم بايد همراه با ايمني كاركنان آزمايشگاه باشد. اين استانداردهاي ايمني مهندسي بافت مي توانند از طرف سياستهاي بازدارنده بيمارستان در برابر بيماريهاي خوني مادرزادي تصويب شود. بطور كلي اين شيوه هاي اعمال شده براي حفاظت كاركنان شامل دستكش ها، لباس هاي ايمني و روشهاي بازدارنده سلولها يا بافت مي شود. عموماً اتاقك هاي ايمني بيولوژيكي كلاس II براي جلوگيري از فرآيند هاي كشت سلولي قابل قبو
ل هستند. مسئله ديگري كه بايد لحاظ شود حفاظت از محيطهاي غذايي با استفاده از ظرفهاي كشت باز (براي مثال ظرف پتوي) يا ظروف غير قابل نفوذ (مانند بطري هاي غلتان و فلاسك هاي با درپوش صافي) است كه خطر قرار گرفتن محيطها را در تماس با سلولهاي انساني تست نشده به حداقل مي رساند.
-آزمون ايمني محصول نهائي از نظر سترون شدگي، سميت و ميكوپلاسها
SAFETY TESTING OF THE FINAL PRODUCT FOR STERILITY, ENDOTOXIN, AND MYCOPLASMA
كاشتني هاي مهندسي بافت بايد از نظر آلاينده هاي بيولوژيكي ايجاد شده در خلال پردازش براي بيماران كاملاً ايمن باشند. اين تضمين به وسيله آزمون سترون شدگي، سميت و ميكوپلاسما، در محصول نهائي قبل از آزاد سازي محصول انجام ميشود. سترون شدگي يك كاشتني كه شامل سلولهاي زنده مي باشد ممكن است نيازمند آزمون هاي سترون شدگي قبل از آزادسازي و در زمان پيوند زدن باشد. آزمون ها سترون شدگي را مي تواند در محيط تيوگليكولات (thioglycollate) و يا محيطهاي قابل قبول ديگر براي تشخيص ميكروارگانيزم ها انجام داد.
تعيين سميت توسط آزمايش ليمولوس آموبوسيت ليسات (LAL) انجام مي گيرد. ميكوپلاسماها جزء خانواده انگلهاي درون سلولي هستند كه بعضي از آنها مي توانند براي انسان بيماري زا باشند. شناسائي قارچ توسط كشت مستقيم در محيط كشت سلول نگهبان به وسيله پيوند (هيبريداسيون) در محل (in sifu) يا به وسيله آزمايش واكنش زنجيره پليمري (PCR) انجام مي گيرد.
اجزاي آزمايشات سترون شدگي نسبتاً ساده و ارزان است. البته آزمونهاي مربوط به مواد سمي و قارچ ها پيچيده و گران هستند. در نتيجه انجام هر آزموني در هر مرحله از آماده سازي كاشتني مهندسي بافت مي تواند به لحاظ اقتصادي امكان پذير نباشد. در عوض توسعه الگوريتم نمونه
برداري جهت كنترل روند آماده سازي كاشتني هاي متعدد ميتواند جوابگو باشد. طرح ويژه الگوريتم آزمون غالباً براي قراردادهاي ساخت در مورد هر كدام از انواع كاشتني مهندسي بافت منحصر به فرد است.
-ملاحظات تأثيرپذيري EFFECTIVENESS CONSIDERATION
تعيين تأثيرپذيري تجهيزات مهندسي بافت بايد شامل تشخيص و اندازه گيري نكات خاصي باشد كه نشان گر تغييري سودمند در شرايط بيماري هستند البته همه درمانهايي كه به عنوان مهندسي بافت شناخته شده اند نياز به داده هاي مؤثر قبل از شروع بازاريابي ندارند. تمايز بين شرايط تأثي
ر بيولوژيكي و تجهيزات بعداً در مبحث استاندادهايFDA مربوط به خطرات و تركيبات گفته ميشود براي طرح هايي كه نياز به آزمون هاي تأثير پذيري دارند اشكال سنتي ارزيابي مناسبند.
