باحثون أميركيون يصممون كلية صناعية يمكن زراعتها

#1 03-06-2011

يعتمد قرابة 400 ألف شخص داخل الولايات المتحدة، وما يصل إلى مليونين آخرين في مختلف أرجاء العالم، على عملية غسيل الكلى بأجهزة الديلزة (dialysis) للتخلص من السموم السارية في دمائهم بسبب فشل كلوي مزمن.

ويتحتم على المرضى في هذه الحالات الخضوع لهذه الأجهزة ثلاث مرات أسبوعيا، على الأقل، لفترات تتراوح ما بين ثلاث وخمس ساعات في المرة الواحدة.

وحتى في هذه الحالات، تتسم هذه الأجهزة بفاعلية لا تتجاوز قرابة 13 في المائة مقارنة بالكلى الطبيعية، علاوة على أن معدل البقاء على قيد الحياة لخمس سنوات بالنسبة للمرضى المعتمدين على أجهزة الغسيل الكلوي يتراوح ما بين 33 في المائة و35 في المائة فقط.

ومن أجل استعادة عافيتهم، يتعين على المرضى زراعة كلى جديدة، في وقت لا يتوافر عدد كاف من المتبرعين. وقد ضمت قوائم الانتظار الأميركية في أغسطس (آب) الماضي، 85 ألف مريض ينتظرون زراعة كلى لهم، بينما أجريت العام الماضي 17 ألف عملية زرع كلى فقط.

ولذا تعمل مجموعات من الباحثين من مختلف الاختصاصات العلمية في عدد من المختبرات على تخليق أول كلية صناعية يمكن زراعتها. ويتميز النموذج الأولي الذي كشف عنه مؤخراً بحجمه المضغوط الذي لا يتجاوز حجم علبة معدنية صغيرة من تلك الشبيهة بعلب الأطعمة المحفوظة. ولا تضطلع الكلية الجديدة بتطهير الدماء من السموم، فحسب، وإنما تستغل كذلك خلايا الكلى البشرية في أداء وظائف حيوية، مثل تنظيم ضغط الدم وإنتاج فيتامين D.

في هذا الصدد، أشار شوفو روي، المهندس البيولوجي الذي أنتج مختبره بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو الجهاز الجديد الجاري اختباره بالفعل على الحيوانات، إلى أن "عملية غسيل الكلى لا تستنزف كثيرا من الوقت، فحسب، وإنما تستنزف القوة أيضا. ولا يشعر الكثير من المرضى بصحة جيدة لأن هذه الأجهزة لا تضطلع بوظائف الكلية العادية الصحية. إن الكلية لا تقضي على السموم، فحسب، وإنما تقوم بجانب ذلك بوظائف أيضية وهرمونية، الأمر الذي تعجز عنه أجهزة الديلزة".

إلا أن صنع كلية صغيرة بدرجة كافية تجعلها قادرة على التوافق مع الجسم ينطوي على تحديات بالغة. ويذكر أن الكلية الصحية تتولى تصفية 90 لترا من الماء يوميا، في الوقت الذي تتسم أجهزة الغسيل الكلوي الحالية بحجم يكافئ تقريبا حجم أجهزة التبريد الصغيرة، وتستلزم هذه الأجهزة ضغطا كبيرا لضخ كمية كافية من المياه عبر أغشية الأجهزة النافذة للسوائل للسماح بتصفية الملوثات وطردها من الدم.

تصميم مبتكر...|~

وتعد الكلية الجديدة التي يمكن زرعها نتاجا لخطوط بحثية متنوعة، واستند تصميمها على تطورين أخيرين شهدهما هذا المجال، حيث توصل ديفيد هيومز، العالم المتخصص في أمراض الكلى في جامعة ميتشيغان إلى إمكانية استغلال خلايا الكلى البشرية في جهاز تنقية بحجم غرفة من أجل تحقيق تحسن كبير في صحة المرضى الذين توقفت الكلى لديهم عن العمل.

في تلك الأثناء، ابتكر روي ويليام فيسيل، المتخصص في أمراض الكلى في "كليفلاند كلينيك"، غشاء من السليكون يضم مسامات متناهية الصغر بمقدورها المساعدة في وضع تصميمات بالغة الصغر من أجهزة الديلزة.

ويشكل النموذج الأولي للكلية الجديدة نظاما مؤلفا من جزأين
: نصفه يتألف من جهاز تصفية للتخلص من السموم، يضم آلاف الأغشية المصنوعة من السليكون مكدسة مع بعضها البعض. وتتميز المسامات المتناهية الصغر في هذه الأغشية بدرجة من الكثافة والتصميم الدقيق تجعلها قادرة على ممارسة عملية التصفية على نحو دقيق باستخدام ضغط الدم في الجسم فقط. ويتدفق الدم عبر مسامات هذا المرشح، حيث تجري تصفيته من السموم والسكريات والمياه والأملاح.

ويجري دفع الدماء النظيفة عبر الجزء الثاني من النظام، وهو عبارة عن لفيفة منفصلة. ومن هنا، يتدفق الدم عبر مزيد من الأغشية المصنوعة من السليكون، وهي مغطاة بنمط واحد من خلايا الكلى البشرية التي تساعد الجهاز على امتصاص بعض الماء والسكريات والأملاح، بجانب إنتاج فيتامين دي، وتسهم في منع ضغط الدم من الانخفاض بدرجة بالغة وهي وظائف تتولاها الكلية الطبيعية لكن يتعذر على جهاز الديلزة القيام بها. أما الفضلات التي لا تجري إعادة امتصاصها فيلقى بها إلى أنبوب ملحق بالمثانة ويطرد كفضلات في البول، مثلما تفعل الكلية.

ومع ذلك، يبقى هذا النظام بعيدا عن كونه نظاما كاملا، وأشار الباحثون إلى أنهم لا يتوقعون أن يحل محل عمليات زرع الكلى. في هذا الصدد، أوضح فيسيل في حديث نقلته مجلة "تكنولوجي ريفيو" الصادرة عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن "الكلية تضم ما بين 20 و30 نمطا من الخلايا، تضطلع جميعها بمهام مختلفة، لكننا نرغب في التغلب على مشكلة حيوية ظهرت في الفشل الكلوي. وإذا كنت ممن وضعت أسماؤهم على قوائم انتظار عمليات غسل الكلى، فإن احتمال وفاتك أثناء الانتظار أكبر بكثير عن احتمال حصولك على كلية جديدة"، مضيفا أن الجهاز الجديد يمكنه العمل كجسر للمرضى المنتظرين إجراء عملية زرع كلية.

من ناحيته، أعرب غلين تشرتو، رئيس قسم أمراض الكلى بكلية الطب التابعة لجامعة ستانفورد، عن اعتقاده أنه "من منظور عام، من شأن أي جهاز يمكن زراعته تقليص العبء الذي يعانيه المرضى الآن بدرجة بالغة. وإذا تمكنا من إضافة بعض القدرات السحرية التي تتمتع بها الكلى الطبيعية إلى الجهاز الذي تجري زراعته، فإن ذلك يعني اقترابنا من هدف استعادة المريض لعافيته".

آفاق مشجعة...|~

يذكر أن الباحثين تمكنوا بالفعل من التغلب على بعض القضايا العسيرة، حيث توصل هيومز لحل لكيفية استنبات خلايا كلوية بالمستوى المطلوب (بمقدوره استنبات خلايا كافية لـ100 ألف جهاز من كلية واحدة). كما أنه تمكن من التوصل إلى السبل المثلى لتجميد هذه الخلايا لاستخدامها مستقبلا. واختبر روي، عملية زراعة الجهاز الجديد في عشرات الفئران ومجموعة من الخنازير. لكن لا يزال يتعين عليه تعزيز مستوى فاعلية عملية زراعة الجهاز بحيث يمكنه العمل بكفاءة داخل الجسم البشري. في الوقت الراهن، بمقدور اللفيفة البيولوجية تصفية ما بين 30 و35 لترا من المياه يوميا، بينما من الضروري رفع قدرتها إلى 43 لترا على الأقل.

كما توصلوا أيضا إلى سبل لضمان عدم تسبب الأجهزة المزروعة في جلطات دموية أو ردود فعل سلبية من جانب جهاز المناعة...

وتعمل مجموعات أخرى أيضا نحو التوصل إلى بدائل لمسألة الخضوع لأجهزة الديلزة ثلاث مرات أسبوعيا، وإن كان معظمها يركز اهتمامه على تصميم أجهزة ديلزة يمكن ارتداؤها وهي فكرة عسيرة في حد ذاتها بالنظر إلى التحدي الكامن وراء الترشيح المستمر لمثل هذه الكميات الكبيرة من دون وجود مضخة خارجية. وتمر واحدة من هذه الأجهزة بالفعل الآن بالمرحلة الثانية من التجريب الطبي. ولكن حتى أجهزة الديلزة المستمرة ليس بمقدورها تعويض الوظائف الأخرى للكلية.

من جهته، قال ألين نيسنسون، الرئيس التنفيذي لـ"دافيتا"، أكبر شركة إنتاج أجهزة ديلزة في الولايات المتحدة، إن "فكرة زراعة جهاز ديلزة داخل الجسم تتميز بالجاذبية". وأضاف "أنه أشبه بكلية تعمل كمفاعل بيولوجي. إنها فكرة شديدة الإبداع، وستكون مثيرة حقا إذا أثبتت نجاحها على مستوى واسع".