ويفتح هذا الابتكار الباب أمام علاج مخصص لكل مريض دون الحاجة إلى التجارب على الحيوانات.
وتأتي هذه الخطوة تزامنا مع إعلان إدارة الغذاء والدواء الأمريكية عن خطط للتخلي التدريجي عن التجارب الحيوانية في تقييم الأدوية، بما في ذلك الأجسام المضادة وحيدة النسيلة، لصالح بدائل تكنولوجية أكثر تقدما.
ويعتمد الجهاز على شريحة دقيقة تتيح محاكاة التفاعل بين العلاجات المناعية والخلايا السرطانية في بيئة شبيهة بجسم الإنسان. وتمثل هذه المنصة تطورا محوريا في الأبحاث، حيث يمكن من خلالها تتبع تأثير الأدوية لحظة بلحظة داخل “نخاع عظمي اصطناعي” يُزرع فيه خلايا مناعية ومسرطنة مأخوذة من المريض نفسه.
وقال تشين، أستاذ الهندسة الميكانيكية: “نستطيع الآن مراقبة تطور العلاجات كما لو كنا نتابعها داخل جسم المريض، ولكن ضمن بيئة خاضعة للتحكم الكامل، ودون الحاجة إلى نماذج حيوانية”.
ويستهدف البحث تطوير فهم أعمق لعلاج الخلايا التائية المعدلة جينيا (CAR T)، الذي أثبت فعاليته في بعض حالات سرطان الدم (يتضمن هذا النهج استخراج خلايا مناعية من المريض، وإعادة برمجتها وراثيا لمهاجمة السرطان، ثم إعادتها إلى الجسم). ورغم نجاحه، إلا أن نحو نصف المرضى ينتكسون لاحقا، ويعاني كثيرون من آثار جانبية خطيرة.
ويكمن التحدي في محدودية وسائل الاختبار التقليدية؛ إذ أن النماذج الحيوانية بطيئة وغير دقيقة في محاكاة تفاعلات الجهاز المناعي، بينما تفشل التجارب المعملية التقليدية في محاكاة بيئة نخاع العظم بدقة.
ويحاكي الجهاز الجديد 3 مناطق رئيسية في نخاع العظم: الأوعية الدموية وتجويف النخاع والبطانة العظمية. وبمجرد زرع خلايا نخاع العظم المشتقة من المريض، يبدأ الجهاز بالتكوّن الذاتي، حيث تنتج الخلايا البروتينات البنيوية مثل الكولاجين واللامينين، وتحافظ على بيئة مناعية نشطة.
وباستخدام تصوير عالي الدقة، تتبع العلماء حركة خلايا CAR T المهندسة، حيث لاحظوا أنها تتنقل بسرعة داخل الأنسجة السليمة، وتتباطأ عند اقترابها من الخلايا السرطانية، قبل أن تبدأ في استهدافها والقضاء عليها بدقة.
وقال تشين: “شاهدنا الخلايا المناعية تتعرف على السرطان وتقضي عليه خلية تلو الأخرى”.
ورصد الفريق أيضا ظاهرة تعرف بـ”تأثير المتفرج”، حيث تحفّز خلايا CAR T المعدّلة خلايا مناعية أخرى لم تُستهدف بالعلاج، ما قد يزيد من فعالية العلاج أو يعزز من آثاره الجانبية.
وباستخدام الشريحة، تمكن الباحثون من محاكاة استجابات سريرية متنوعة، مثل الشفاء ومقاومة العلاج وحالات الانتكاس. وبيّنت التجارب أن خلايا CAR T المطورة من الجيل الرابع كانت أكثر فعالية من الإصدارات التقليدية، خاصة في الجرعات المنخفضة.
وبخلاف النماذج الحيوانية التي تستغرق شهورا، يمكن إعداد الشريحة في أقل من نصف يوم، وتُستخدم لإجراء تجارب تستمر أسبوعين، ما يوفّر الوقت والتكاليف ويوسّع إمكانيات التجريب.
وأضاف تشين: “نأمل أن تتيح هذه التقنية للأطباء مستقبلا اختبار خلايا سرطان المريض ضد خيارات علاج متعددة، لاختيار الأنسب لكل حالة بدقة وسرعة”.
ولتحليل فعالية العلاجات المختلفة، طوّر فريق البحث مؤشرا تحليليا متكاملا يقيّم الاستجابة المناعية عبر سيناريوهات متعددة. ويتوقع أن يساهم هذا الإطار في تحسين التنبؤ بنجاح العلاجات وتوجيه القرارات السريرية بشكل أكثر دقة.
نشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Biomedical Engineering.
المصدر: attention-grabbing engineering