تصور کنید به جای فلز و پلاستیک، زانوبند شما از مواد زنده ساخته شده باشد. محققان دانشگاه کلمبیا و دانشگاه میسوری در حال تحقق این چشمانداز هستند. ایمپلنت سهبعدی زانوی آنها به نام NOVAKnee، از یک داربست زیستتخریبپذیر تشکیل شده که با سلولهای بنیادی مشتق شده از استخوان و غضروف پر شده است. ایده این است که پس از قرار گرفتن در بدن، داربست به تدریج ناپدید شده و با استخوان و غضروف جدید جایگزین شود که با اسکلت بیمار ادغام میگردد.
ایمپلنتهای زانوی متعارف حداکثر ۲۰ سال عمر میکنند و معمولاً در سنین بالا نصب میشوند تا بیمار فقط یک بار به آن نیاز داشته باشد. این امر گزینههای کمی برای بیماران جوانتر باقی میگذارد؛ اگر آنها زودتر ایمپلنت دریافت کنند، احتمالاً به جراحی تعویض مجدد نیاز خواهند داشت و اگر منتظر بمانند، سالها با درد و محدودیت حرکتی دست و پنجه نرم خواهند کرد.
چالشهای ایمپلنتهای زانوی فعلی و نوآوری NOVAKnee
محدودیتهای ایمپلنتهای متعارف زانو
کلارک هانگ: ایمپلنتهای زانوی متعارف، ساخته شده از فلز و پلاستیک، در واقع عملکرد بسیار خوبی دارند. اما عمر مفید آنها محدود به ۱۵ تا ۲۰ سال است؛ یعنی تا زمانی که از نظر مواد دچار فرسودگی نشوند. اگر فرد در دهههای پایانی عمر خود نباشد، احتمال زیادی وجود دارد که زودتر از ایمپلنت خود عمر کند، که این امر مستلزم جراحی تعویض مجدد ایمپلنت خواهد بود. وقتی ایمپلنت اول شکست میخورد، پزشک باید با دقت ایمپلنت را خارج کند تا استخوان موجود آسیب نبیند. برای نصب ایمپلنت جدید نیز، نیاز به ایجاد برش بزرگتری است.
نادین شاهین: در بیمارانی که مسنتر هستند و نیاز به تعویض مجدد ایمپلنت دارند، استخوان ضعیفتر است یا تحلیل استخوانی بیشتری نسبت به بیماران جوانتر رخ داده است. این موضوع خطر لق شدن ایمپلنت و افزایش احتمال شکست آن را به همراه دارد. بنابراین، اگر بیمار جوانی باشد که بخش زیادی از سطح مفصلی غضروف خود را از دست داده است، بسیاری از جراحان توصیه میکنند که تا سنین بالاتر صبر کند و از داروها برای تسکین درد استفاده نماید تا ایمپلنت واقعی زانو را دریافت کند.
هدف NOVAKnee: ایجاد زانویی زنده و بادوام
کلارک هانگ: هدف اصلی، بازگرداندن توانایی عملکردی و حذف درد برای بیماران است. یکی از چالشهای اصلی، ابداع یک نسخه زنده از ایمپلنت زانو است که بتواند عمر طولانیتری نسبت به ایمپلنتهای فعلی داشته باشد و شاید آخرین ایمپلنت مورد نیاز بیمار باشد.
نادین شاهین: در مورد مفید بودن NOVAKnee برای بیماران مسنتر نیز هنوز کاملاً مشخص نیست. دادهها باید در طول زمان مشخص کنند که کدام گروه از بیماران بیشترین بهره را خواهند برد. به نظر میرسد فرصتی برای کمک به بزرگسالان جوانتر وجود دارد که در حال حاضر گزینههای درمانی دیگری جز تزریق و اقدامات موقتی برای مدیریت درد و ناتوانی ندارند.
فناوری NOVAKnee: از ایده تا آزمایش
فرآیند طراحی و ساخت ایمپلنت
کلارک هانگ: از منظر تجاریسازی، ما در حال پذیرش نقش جراحان ارتوپد هستیم؛ به این معنی که ما در حال توسعه نسخه زندهای از چیزی هستیم که آنها با آن آشنایی دارند. ایمپلنت زانو باید تا حدودی شبیه به زانوی طبیعی عمل کند.
نادین شاهین: سایر پروژههای تحت حمایت برنامه NITRO به دنبال توسعه مواد تزریقی برای بازسازی استخوان و غضروف هستند. در حال حاضر، هیچ محصول تجاری در دسترس نیست که بتواند این نیازها را برآورده کند. بیشتر محصولات موجود در بازار صرفاً برای تسکین درد طراحی شدهاند؛ چه از طریق ویسکوساپلمنتیشن (تزریق مایعی ژلمانند به زانو برای ضربهگیری) و چه از طریق کورتیکواستروئیدها. این روشها مشکل اصلی [تخریب مفصل] را پنهان میکنند. هدف کلی برنامه NITRO، حل ریشهای مشکل است.
در مورد مواد تزریقی، مشخص نیست که آیا این محصولات در مواردی که آسیب قابل توجهی به سطح مفصلی وجود دارد (جایی که بیشتر غضروف از بین رفته) مؤثر خواهند بود یا خیر. در چنین شرایطی، رویکرد پیشنهادی ما ممکن است مناسبتر باشد، زیرا ممکن است زمان کافی برای بازسازی بافت وجود نداشته باشد، بهخصوص اگر ساییدگی استخوان به استخوان رخ داده باشد.
کلارک هانگ: ما در ابتدای برنامه شوخی میکردیم که اگر مواد تزریقی مؤثر باشند، کار ما تعطیل خواهد شد. اما به باور من، بسیاری از افراد در حال حاضر ایمپلنتهای متعارف دارند و اگر این ایمپلنتها دچار نقص شوند و نیاز به تعویض مجدد داشته باشند، محصول ما همچنان کاربرد خواهد داشت.
نقش سلولهای بنیادی در NOVAKnee
نادین شاهین: هدف این است که داربست، پاسخی کنترلشده و مشخص را تحریک کند و سپس به تدریج در طول زمان تخریب شود. در نتیجه، اجزایی طبیعی در بدن ایجاد میشوند که از طریق مکانیسمهای معمول تجزیه خواهند شد. ما تلاش کردیم با ایجاد چیزی که شبیه زانو به نظر میرسد و مانند زانو عمل میکند، اما از مواد دائمی مانند فلز و پلاستیک ساخته نشده است، این فرآیند را بهبود بخشیم.
نادین شاهین: ما در حال توسعه دو نسخه از این فناوری هستیم. یکی از آنها با سلولهای خود بیمار کشت داده میشود. ما سلولهای بنیادی را از بیمار جدا کرده و از آنها برای تولید سلولهای غضروف و استخوان استفاده میکنیم؛ این محصول «اتولوگ» (خودزاد) ما خواهد بود. سپس این سلولها روی داربست قرار گرفته و ایمپلت میشوند.
از سوی دیگر، ملاحظاتی وجود دارد که بیمار ممکن است کاندید مناسبی برای درمان اتولوگ نباشد، یا پتانسیل بازسازی بدن او کافی نباشد. در این مرحله، ممکن است بخواهیم از منابع سلولی «آلوژنیک» (غیرخودی) استفاده کنیم و سلولهای اهدایی را از بانک سلولی آمادهسازی نماییم. ما هنوز باید به طور قطعی مشخص کنیم که کدام بیمار بهترین کاندید برای درمان اتولوگ و کدام برای آلوژنیک است و چگونه روند بالینی را برای انتخاب بین این دو تعیین کنیم. در حال حاضر، ما در مرحله تحقیق و توسعه (R&D) هستیم.
آینده NOVAKnee و چشمانداز بازسازی مفاصل
زمانبندی تخریب داربست و رشد بافت
نادین شاهین: پیشبینی دقیق زمان تخریب داربست بسیار دشوار است. ما مطالعاتی را بر روی تجزیهپذیری زیستی و همچنین سنتز ماتریس (رشد استخوان و غضروف) انجام دادهایم و ایدههایی در مورد چگونگی وقوع این فرآیندها داریم. اما تاکنون، این مطالعات فقط در حیوانات کوچک انجام شده است. ما ایدهای از میزان سنتز ماتریس و میزان تخریب پس از قرار گرفتن ایمپلنت در بدن داریم، اما لزوماً در مفصل زانو خیر. همچنین، هنوز نمیدانیم که آیا بار مکانیکی و استفاده از زانوبند، بر میزان تخریب و سنتز ماتریس تأثیر میگذارد یا خیر.
اینها سؤالات مهمی هستند که باید در مرحله جدید پروژه [مطالعات بر روی حیوانات بزرگ] به آنها پاسخ دهیم تا در صورت نیاز، رویکرد خود را اصلاح کنیم و هرگونه نقص احتمالی را برطرف نماییم. کلارک هانگ: در مطالعات پیشبالینی بر روی حیوانات بزرگ، برنامه NITRO الزام کرده است که ما از مدل آرتروز استفاده کنیم. بنابراین، ما آرتروز را در حیوانات ایجاد کرده و سپس اقدام به پیوند زانوی زنده خواهیم کرد. این امر شبیهسازی بهتری از وضعیت بالینی انسان خواهد بود.
آمادگی برای آزمایشهای بالینی و استقبال عمومی
نادین شاهین: این برنامه پنج ساله است: دو سال تحقیق و توسعه در آزمایشگاه؛ ۱۸ ماه مطالعات بر روی حیوانات بزرگ؛ و سپس ۱۸ ماه آزمایشهای بالینی فاز اول (ایمنی). اگر همه چیز در مطالعات حیوانی ما به کمال پیش برود و سازمان غذا و دارو (FDA) چراغ سبز نشان دهد و بگوید «این دادهها عالی هستند؛ ما به شما اجازه ورود به فاز انسانی را میدهیم»، آزمایشها حدود ۱۸ ماه تا دو سال دیگر آغاز خواهند شد. این یک برنامه بسیار جاهطلبانه است، اما کل پروژه بلندپروازانه است.
نادین شاهین: ما علاقه زیادی از افراد در سراسر کشور و خارج از کشور دریافت کردهایم که مایل به یادگیری در مورد آزمایشها هستند یا میپرسند: «آیا باید عمل جراحی تعویض زانوی خود را به تعویق بیندازم تا بتوانم در آزمایش شما شرکت کنم؟» البته ما هنوز نمیتوانیم به این سؤالات پاسخ دهیم، اما قدردان اشتیاق و علاقه آنها هستیم. فرمی را آماده کردهایم که به زودی در وبسایت ما قرار خواهد گرفت تا افرادی که مایل به پیگیری پیشرفتها هستند، بتوانند از آن مطلع شوند.
صادقانه بگویم، در حالی که ما غرق تحقیقات فنی بودیم و برای اطمینان از بهترین علم ممکن برای ارائه این فناوری تلاش میکردیم، شنیدن نیازهای مردم عادی در سراسر جهان که مشتاقانه منتظر چنین چیزی هستند، بسیار دلگرمکننده و روشنگر است. من از والدین دوستانم، از افراد جامعهام، از همهجا تماس و پیام دریافت میکنم: «لطفاً به من بگویید، چکار میتوانم بکنم؟»
روندهای درخواستی و ترجیحات بیماران
نادین شاهین: فکر میکنم بخش زیادی از این افراد جوان هستند و منتظر ماندن برایشان منطقی است. شاید بیماری آنها پیشرفته نباشد، اما همچنان درد و ناراحتی زیادی را تحمل میکنند. برخی از آنها مجبور شدهاند فعالیتها یا ورزشهای مورد علاقهشان را که اکنون قادر به انجام آن نیستند، کنار بگذارند. این بخش بزرگی از درخواستها را تشکیل میدهد.
کلارک هانگ: من با مواردی مواجه شدهام که افراد صرفاً نمیخواهند جسم خارجی در بدنشان باشد. از نظر تئوری، اگر این فناوری با موفقیت اجرا شود – و فرض کنیم سلولهای مورد استفاده از خود بیمار باشند (اتولوگ) و همه چیز همانطور که باید جذب شود – در نهایت، این بخش از بدن خود شما، یعنی استخوان و غضروف خودتان، خواهد شد.
بنابراین، برخی افراد میگویند: «اگر بتوانم چیزی زنده داشته باشم که بخشی از وجودم شود و نه جسمی خارجی که در من باقی بماند، ترجیح میدهم.»
پتانسیل NOVAKnee برای سایر مفاصل
نادین شاهین: اگر انتخاب با ما بود، زانو را به عنوان اولین مفصل برای این فناوری انتخاب نمیکردیم. دلیل انتخاب زانو را درک میکنم، زیرا بیشترین نیاز در این ناحیه وجود دارد. با این حال، از نظر مکانیکی و از نظر عملکرد مفصلی و دامنه حرکتی، زانو احتمالاً یکی از سختترین مفاصل است. ما ترجیح میدادیم با مفصل دیگری شروع کنیم تا بتوانیم مفهوم اثبات شده را در چیزی کمی آسانتر بسازیم.
با توجه به این موضوع، ما تمایل و چشماندازی برای استفاده از این فناوری به عنوان یک پلتفرم داریم که میتواند برای مفاصل بزرگ دیگر، یا حتی مفاصل کوچکتر، بسته به عملکرد و نیاز، توسعه یابد. امیدواریم در آینده این همان چیزی باشد که ما به دنبال آن خواهیم بود. کلارک هانگ: و همه دوست دارند توانایی گرفتن اشیاء و «عملکرد نیشگون» (استفاده از انگشت اشاره و شست برای برداشتن اشیاء) را داشته باشند.
نادین شاهین: و همه ما به دلیل استفاده زیاد از تلفن همراه، در آینده دچار آرتروز شدید در انگشتان شست خواهیم شد. بنابراین، این یک مشکل بوده است، اما با پیر شدن جمعیت، بدتر خواهد شد.
