الطب التجديدي

يهتم الطب التجديدي بعملية استبدال أو هندسة أو تجديد الخلايا أو الأنسجة أو الأعضاء البشرية أو الحيوانية لاستعادة وظائفها الطبيعية أو إرسائها. ^{[ 1 ]} ويحمل هذا المجال وعدًا بإمكانية هندسة الأنسجة والأعضاء التالفة عن طريق تحفيز آليات الإصلاح الذاتية في الجسم، مما يؤدي إلى شفاء الأنسجة أو الأعضاء التي كانت سابقًا غير قابلة للإصلاح. ^{[ 2 ]}

يشمل الطب التجديدي أيضًا إمكانية زراعة الأنسجة والأعضاء في المختبر وزرعها عندما يعجز الجسم عن شفاء نفسه. وعندما يكون مصدر الخلايا للعضو المُجدد من أنسجة المريض نفسه أو خلاياه، ^{[ 3 ]} يتم تجاوز مشكلة رفض الجسم للعضو المزروع بسبب عدم التوافق المناعي. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} قد يُخفف هذا النهج من مشكلة نقص الأعضاء المتاحة للتبرع.

قد تتضمن بعض المناهج الطبية الحيوية في مجال الطب التجديدي استخدام الخلايا الجذعية . ^{[ 7 ]} ومن الأمثلة على ذلك حقن الخلايا الجذعية أو الخلايا السلفية التي يتم الحصول عليها من خلال التمايز الموجه ( العلاجات الخلوية )؛ وتحفيز التجديد بواسطة جزيئات نشطة بيولوجيًا تُعطى منفردة أو كإفراز من الخلايا المحقونة (العلاج المناعي)؛ وزرع الأعضاء والأنسجة المزروعة في المختبر ( هندسة الأنسجة ). ^{[ 8 ] [ 9 ]}

افترض الإغريق القدماء إمكانية تجديد أجزاء من الجسم في القرن الثامن قبل الميلاد. ^{[ 10 ]} ويمكن اعتبار ترقيع الجلد، الذي تم اختراعه في أواخر القرن التاسع عشر، أول محاولة جادة لإعادة بناء أنسجة الجسم لاستعادة بنيته ووظيفته. ^{[ 11 ]} وقد عززت التطورات في زراعة أجزاء الجسم في القرن العشرين نظرية قدرة أجزاء الجسم على التجدد ونمو خلايا جديدة. وأدت هذه التطورات إلى هندسة الأنسجة، ومن هذا المجال، توسعت دراسة الطب التجديدي وبدأت تترسخ. ^{[ 10 ]} بدأ ذلك بالعلاج الخلوي، الذي أدى إلى أبحاث الخلايا الجذعية التي تُجرى على نطاق واسع اليوم. ^{[ 12 ]}

كان الهدف من العلاجات الخلوية الأولى إبطاء عملية الشيخوخة. بدأ هذا في ثلاثينيات القرن العشرين على يد الطبيب السويسري بول نيهانز، الذي عُرف بعلاجه لشخصيات تاريخية شهيرة مثل البابا بيوس الثاني عشر، وتشارلي شابلن، والملك عبد العزيز آل سعود. كان نيهانز يحقن خلايا حيوانات صغيرة (عادةً حملان أو عجول) في مرضاه في محاولة لتجديد شبابهم. ^{[ 13 ] [ 14 ]} في عام 1956، طُوّرت عملية أكثر تطورًا لعلاج سرطان الدم (اللوكيميا) عن طريق زرع نخاع عظمي من شخص سليم في مريض مصاب باللوكيميا. وقد نجحت هذه العملية في الغالب لأن كلاً من المتبرع والمتلقي في هذه الحالة كانا توأمين متطابقين. أما اليوم، فيمكن الحصول على نخاع العظم من أشخاص يشبهون المريض الذي يحتاج إلى الخلايا بدرجة كافية لمنع رفض الجسم لها. ^{[ 15 ]}

استُخدم مصطلح "الطب التجديدي" لأول مرة في مقال نُشر عام ١٩٩٢ حول إدارة المستشفيات بقلم ليلاند كايزر. يختتم كايزر مقاله بسلسلة من الفقرات القصيرة حول التقنيات المستقبلية التي ستؤثر على المستشفيات. تضمنت إحدى الفقرات عنوانًا بارزًا "الطب التجديدي"، وجاء فيه: "سينشأ فرع جديد من الطب يسعى إلى تغيير مسار الأمراض المزمنة، وفي كثير من الحالات، سيعمل على تجديد أجهزة الجسم المنهكة والضعيفة." ^{[ ١٦ ] [ ١٧ ]}

دخل مصطلح "التعددية الخلوية" إلى الثقافة الشعبية عام ١٩٩٩ على يد ويليام أ. هاسلتين، الذي صاغه خلال مؤتمر عُقد على ضفاف بحيرة كومو، لوصف التدخلات التي تُعيد الوظيفة الطبيعية إلى ما تضرر بسبب المرض، أو أُصيب نتيجة صدمة، أو تآكل بفعل الزمن. ^{[ ١٨ ]} وقد أُطلع هاسلتين على مشروع عزل الخلايا الجذعية الجنينية البشرية والخلايا الجرثومية الجنينية في شركة جيرون، بالتعاون مع باحثين من جامعة ويسكونسن-ماديسون وكلية الطب بجامعة جونز هوبكنز . وأدرك أن قدرة هذه الخلايا الفريدة على التمايز إلى جميع أنواع خلايا الجسم البشري ( التعددية الخلوية ) تُتيح إمكانية تطوير نوع جديد من العلاج التجديدي. ^{[ 19 ] [ 20 ]} شرحًا للفئة الجديدة من العلاجات التي يمكن أن تتيحها هذه الخلايا، استخدم مصطلح "الطب التجديدي" بالمعنى المتعارف عليه اليوم: "نهج علاجي... يستخدم الجينات والبروتينات والخلايا البشرية لإعادة نمو الأنسجة المتضررة أو ترميمها أو توفير بدائل ميكانيكية لها، والتي تعرضت للإصابة نتيجة الصدمات أو الأمراض أو التآكل بفعل الزمن"، و"يُتيح إمكانية علاج الأمراض التي لا يمكن علاجها بفعالية اليوم، بما في ذلك الأمراض المرتبطة بالشيخوخة". ^{[ 21 ] [ 22 ]}

لاحقًا، أوضح هاسلتين أن الطب التجديدي يُقرّ بحقيقة أن معظم الناس، بغض النظر عن المرض الذي يعانون منه أو العلاج الذي يحتاجونه، يرغبون ببساطة في استعادة صحتهم الطبيعية. صُمم التعريف الأصلي للطب التجديدي ليُطبّق على نطاق واسع، ويشمل علاجات الخلايا والخلايا الجذعية، والعلاج الجيني، وهندسة الأنسجة، والطب الجينومي، والطب الشخصي، والأطراف الاصطناعية الميكانيكية الحيوية، والبروتينات المُعاد تركيبها، والعلاجات بالأجسام المضادة. كما يشمل أيضًا الأدوية الكيميائية الأكثر شيوعًا - باختصار، أي تدخل يُعيد للشخص صحته الطبيعية. إضافةً إلى كونه اختصارًا لمجموعة واسعة من التقنيات والعلاجات، فإن مصطلح "الطب التجديدي" سهل الفهم للمرضى، إذ يُزيل مشكلة اللغة المُربكة أو المُخيفة التي تُثني المرضى عن اللجوء إليه.

يتزايد الخلط بين مصطلح الطب التجديدي وأبحاث علاجات الخلايا الجذعية. بعض البرامج والأقسام الأكاديمية تحتفظ بالتعريف الأصلي الأوسع، بينما يستخدمه البعض الآخر لوصف العمل في أبحاث الخلايا الجذعية. ^{[ 23 ]}

في الفترة من عام 1995 إلى عام 1998، قام مايكل د. ويست ، الحاصل على درجة الدكتوراه، بتنظيم وإدارة الأبحاث المشتركة بين شركة جيرون وشركائها الأكاديميين جيمس طومسون في جامعة ويسكونسن-ماديسون وجون جيرهارت من جامعة جونز هوبكنز ، والتي أدت إلى أول عزل للخلايا الجذعية الجنينية البشرية والخلايا الجرثومية الجنينية البشرية، على التوالي. ^{[ 24 ]}

في مارس 2000، أسس هاسلتين، وأنتوني أتالا ، الحاصل على دكتوراه في الطب، ومايكل دي. ويست، الحاصل على دكتوراه، وغيرهم من الباحثين البارزين، مجلة E-Biomed: مجلة الطب التجديدي . ^{[ 25 ]} وقد ساهمت هذه المجلة المحكمة في تسهيل الحوار حول الطب التجديدي من خلال نشر أبحاث مبتكرة حول علاجات الخلايا الجذعية، والعلاجات الجينية، وهندسة الأنسجة، والأطراف الاصطناعية الميكانيكية الحيوية. وقد خدمت جمعية الطب التجديدي، التي أعيد تسميتها لاحقًا بجمعية الطب التجديدي وبيولوجيا الخلايا الجذعية، غرضًا مشابهًا، حيث أنشأت مجتمعًا من الخبراء ذوي التوجهات المتشابهة من جميع أنحاء العالم. ^{[ 26 ]}

في يونيو/حزيران 2008، أجرى البروفيسور باولو ماكياريني وفريقه من جامعة برشلونة ، في مستشفى كلينيك دي برشلونة ، أول عملية زرع قصبة هوائية مُهندسة نسيجيًا. استُخلصت الخلايا الجذعية البالغة من نخاع عظم المريض، ونُمّيت حتى بلغت عددًا كبيرًا منها، ثم نضجت إلى خلايا غضروفية، أو خلايا غضروفية ، باستخدام طريقة مُكيّفة طُوّرت في الأصل لعلاج التهاب المفاصل. بعد ذلك، زرع الفريق الخلايا الغضروفية المُنمّاة حديثًا، بالإضافة إلى الخلايا الظهارية، في قطعة من القصبة الهوائية مُزالة الخلايا (خالية من خلايا المتبرع) مُتبرع بها من متبرع زراعة أعضاء يبلغ من العمر 51 عامًا توفي بنزيف دماغي. بعد أربعة أيام من الزرع، استُخدمت الطُعم لاستبدال الشعبة الهوائية الرئيسية اليسرى للمريض. بعد شهر، أظهرت خزعة نزيفًا موضعيًا، مما يشير إلى أن الأوعية الدموية قد نمت بنجاح. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

في عام ٢٠٠٩، تأسست مؤسسة SENS ، وكان هدفها المعلن هو "تطبيق الطب التجديدي - الذي يُعرَّف بأنه يشمل إصلاح الخلايا الحية والمواد خارج الخلوية في موضعها - لعلاج أمراض الشيخوخة وإعاقاتها". ^{[ ٢٩ ]} وفي عام ٢٠١٢، طوّر البروفيسور باولو ماكياريني وفريقه عملية الزرع التي طُوِّرت عام ٢٠٠٨، وذلك بزرع قصبة هوائية مُصنَّعة مخبريًا ومُطعَّمة بخلايا المريض نفسه. ^{[ ٣٠ ]}

في 12 سبتمبر 2014، قام جراحون في مستشفى معهد البحوث الطبية الحيوية والابتكار في كوبي، اليابان، بزرع صفيحة من خلايا ظهارة الصباغ الشبكي بحجم 1.3 × 3.0 مليمتر، والتي تم تمايزها من الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات من خلال التمايز الموجه ، في عين امرأة مسنة تعاني من التنكس البقعي المرتبط بالعمر . ^{[ 31 ]}

في عام 2016، طُرد باولو ماكياريني من جامعة كارولينسكا في السويد بسبب تزوير نتائج الاختبارات والأكاذيب. ^{[ 32 ]} وقد عُرض برنامج "إكسبيرمنتن" على التلفزيون السويدي ، وكشف بالتفصيل جميع الأكاذيب والنتائج المزورة. ^{[ 33 ]}

أدى الاهتمام الواسع والتمويل الكبير لأبحاث الطب التجديدي إلى دفع المؤسسات في الولايات المتحدة وحول العالم إلى إنشاء أقسام ومعاهد بحثية متخصصة في هذا المجال، ومنها: قسم إعادة التأهيل والطب التجديدي في جامعة كولومبيا ، ومعهد بيولوجيا الخلايا الجذعية والطب التجديدي في جامعة ستانفورد ، ومركز الطب التجديدي والنانوي في جامعة نورث وسترن ، ومعهد ويك فورست للطب التجديدي، ومراكز مؤسسة القلب البريطانية للطب التجديدي في جامعة أكسفورد . ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} وفي الصين، تُدار معاهد متخصصة في الطب التجديدي من قِبل الأكاديمية الصينية للعلوم ، وجامعة تسينغهوا ، والجامعة الصينية في هونغ كونغ ، وغيرها. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

يشمل البحث الحالي في الطب التجديدي طيفًا واسعًا من بيولوجيا الخلية الأساسية إلى الهندسة السريرية التطبيقية، مع التركيز على فك شفرة مسارات الإشارات التي تتحكم في تكوين الأنسجة، وتمايز الخلايا، والتئام الجروح دون ندوب، والتحكم بها. وبدلًا من مجرد إدارة الأعراض المزمنة، تهدف الدراسات المخبرية النشطة إلى فهم سبب فقدان أنسجة الثدييات البالغة للقدرات التجديدية المتأصلة في الفقاريات الدنيا والمراحل الجنينية البشرية. تُصنف استراتيجيات البحث بشكل عام إلى ثلاثة محاور مترابطة: العلاجات الخلوية، التي تعزل وتوجه مصائر الخلايا الجذعية؛ وتصميم المواد الحيوية، الذي يُهندس سقالات حيوية نشطة لمحاكاة المصفوفة خارج الخلوية الطبيعية؛ وتوصيل الإشارات الكيميائية الحيوية الموضعية، مثل عوامل النمو ومركبات تحرير الجينات، لتنسيق إصلاح الأنسجة الذاتية. وتتمثل إحدى العقبات الرئيسية في البحث الجاري في حل مشكلة قابلية التوسع في التوعية الدموية الوظيفية، حيث لا يمكن للأنسجة الهندسية المعقدة البقاء على قيد الحياة بعد تجاوز حدود انتشار الأكسجين دون شبكة شعرية متكاملة.

الأنسجة والأعضاء المستهدفة

أنسجة القلب والأوعية الدموية

يركز طب تجديد القلب والأوعية الدموية على إصلاح أنسجة عضلة القلب المتضررة، وصمامات القلب، والأوعية الدموية الطرفية، مستهدفًا بشكل أساسي أمراض القلب الإقفارية وعيوب القلب الخلقية. ونظرًا لأن خلايا عضلة القلب لدى الثدييات البالغة تمتلك قدرة تكاثرية محدودة للغاية، فإن الاستراتيجيات العلاجية تستخدم رقعًا قلبية مُهندسة، وهيدروجيلات مُطعّمة بالخلايا، ومكونات من المصفوفة خارج الخلوية (ECM) منزوعة الخلايا لتحفيز إصلاح عضلة القلب الموضعي بعد احتشاء عضلة القلب. ويركز البحث السريري وما قبل السريري بشكل كبير على استخدام خلايا عضلة القلب المشتقة من الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (hiPSC-CMs) وخلايا البطانة الوعائية المدمجة داخل سقالات بوليمرية مسامية تحاكي البنية الحيوية لضمان الاقتران الكهربائي الوظيفي وتكامل أنسجة المضيف. ^{[ 41 ]} بالإضافة إلى ذلك، يتم البحث في الطعوم الوعائية المهندسة نسيجياً (TEVGs) كبدائل اصطناعية أو قابلة للامتصاص الحيوي لجراحة تحويل مسار الشريان التاجي، حيث يتم ضبط مسامية السقالة بدقة للسماح بتسلل خلايا المضيف، وإعادة تشكيل خلايا العضلات الملساء، وتكوين الأوعية الدموية الوظيفية دون التسبب في التخثر.

الأنسجة الرئوية

يركز هندسة أنسجة الرئة على تطوير هياكل تنفسية وظيفية لعلاج أمراض الرئة المتقدمة، مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن، والتليف الرئوي، ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة. ونظرًا للبنية ثلاثية الأبعاد المعقدة للرئة، الغنية بالأوعية الدموية، والتي تضم أكثر من أربعين نوعًا مختلفًا من الخلايا وغشاءً قاعديًا دقيقًا بين الحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية، فإن تصنيع الأعضاء الحيوية الكاملة يعتمد عادةً على سقالات رئة متبرع بها منزوعة الخلايا. ^{[ 42 ]} تعمل هذه العملية على إزالة المواد الخلوية المحفزة للمناعة مع الحفاظ على هندسة المصفوفة خارج الخلوية الأصلية والمرونة الميكانيكية اللازمة للتهوية. وتُعطي استراتيجيات البحث الأولوية لإعادة زرع الخلايا في هذه السقالات من سلالات متعددة باستخدام الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات الخاصة بالمريض، والتي يتم تمايزها إلى خلايا ظهارية حويصلية (النوع الأول والثاني) وخلايا بطانية للأوعية الدموية الدقيقة. ^{[ 43 ]} بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام منصات الموائع الدقيقة المحاكية للأنظمة الحيوية، أو نماذج "الرئة على رقاقة"، لدراسة إجهاد القص الخلوي وديناميكيات تبادل الغازات، والتي تعمل كطليعة لأجهزة الرئة الحيوية الاصطناعية القابلة للزرع.

الأنسجة العضلية الهيكلية والعظمية

تمثل تطبيقات الجهاز العضلي الهيكلي قطاعًا ناضجًا تجاريًا في هندسة الأنسجة، ويركز على إصلاح عيوب العظام الكبيرة، وإصابات الغضروف المفصلي، وفقدان حجم العضلات. ولتجديد العظام في جراحة العظام، تستخدم الأساليب العلاجية سقالات موصلة ومحفزة لتكوين العظام، مصنوعة من مواد خزفية حيوية (مثل هيدروكسي أباتيت وبيتا-فوسفات ثلاثي الكالسيوم)، أو بوليمرات قابلة للتحلل الحيوي، أو هيدروجيلات مركبة. تعمل هذه المصفوفات كأطر فيزيائية تستقطب الخلايا الجذعية الوسيطة الذاتية وتعزز تكوين العظام. ويتمثل أحد التحديات الرئيسية في هندسة أنسجة العظام في تحقيق تكوين أوعية دموية جديدة كافية داخل لب السقالات الكبيرة لمنع نخر اللب قبل حدوث نمو الشعيرات الدموية من قبل المريض. وبالتالي، فإن تصميمات المواد الحيوية الحديثة غالباً ما تستخدم المسامية متعددة المقاييس، حيث تدمج الفراغات الأصغر لانتشار المغذيات مع القنوات الكبيرة التي يزيد حجمها عن 100 ميكرومتر، لتسهيل التغلغل الخلوي العميق، وتمعدن المصفوفة، وتكامل أنسجة المضيف الوظيفية.

تجديد الأعصاب

تُعالج استراتيجيات التجديد في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي حالات الضعف الشديدة الناجمة عن إصابات الحبل الشوكي، والسكتات الدماغية الإقفارية، والاضطرابات التنكسية العصبية مثل مرض باركنسون. تُعدّ البيئة العلاجية الدقيقة للدماغ والحبل الشوكي لدى البالغين مثبطةً للغاية لنمو المحاور العصبية بسبب تكوّن الندوب الدبقية وبروتيوغليكان كبريتات الكوندرويتين. تستخدم أبحاث التجديد العصبي الهيدروجيلات القابلة للحقن، والمواد الحيوية ذات خاصية التخفيف بالقص، وقنوات التوجيه المغزولة كهربائيًا لسد تجاويف الآفات. غالبًا ما تُحمّل هذه الدعامات بالخلايا الجذعية العصبية، أو عوامل النمو العصبية، أو عوامل إطلاق الإنزيمات لتحييد الإشارات الجزيئية المثبطة، ودعم بقاء الخلايا العصبية الدوبامينية أو الحركية المزروعة، وتوفير إطار فيزيائي مناسب لاستطالة المحاور العصبية الموجهة وتكوين المشابك العصبية.

الجلد والجروح المزمنة

يشمل تجديد الأدمة تطوير بدائل جلدية مُهندسة حيوياً وضمادات جروح متطورة لعلاج الحروق العميقة من الدرجة الثالثة، وقرح القدم السكرية، والجروح المزمنة الواسعة. وعلى عكس الضمادات التقليدية المغلقة، توفر سقالات الجلد التجديدية نظيراً مؤقتاً ومسامياً للمصفوفة خارج الخلوية، يُنسق دخول الخلايا، وتكوين النسيج الحبيبي، وإعادة التغطية الظهارية. تستخدم المصفوفات المتوفرة تجارياً مصفوفات جلدية بشرية أو بقرية منزوعة الخلايا، وبوليمرات اصطناعية قابلة للتحلل الحيوي (مثل بولي كابرولاكتون)، ومواد حيوية بحرية مشتقة طبيعياً، بما في ذلك رسومات جلد الأسماك الخالية من الخلايا والغنية بأحماض أوميغا 3 الدهنية. صُممت هذه المصفوفات لتعديل الاستجابة الالتهابية الموضعية، وكبح استعمار البكتيريا، واستقطاب الخلايا الليفية والخلايا الكيراتينية من المضيف لاستعادة أنسجة جلدية وظيفية ووعائية مع تقليل تكوّن الندبات.

في طب الأسنان

لقد درس أطباء الأسنان الطب التجديدي لإيجاد طرق لإصلاح الأسنان المتضررة واستعادة بنيتها ووظيفتها الطبيعية. ^{[ 45 ]} غالبًا ما تتضرر أنسجة الأسنان بسبب تسوس الأسنان، ويُعتقد أنها غير قابلة للاستبدال إلا بالحشوات أو التيجان الاصطناعية أو المعدنية، الأمر الذي يتطلب إحداث المزيد من الضرر للأسنان عن طريق الحفر لمنع فقدان السن بالكامل.

ابتكر باحثون من كلية كينجز كوليدج لندن دواءً يُدعى تايدغلوسيب، ويزعمون أنه قادر على إعادة نمو العاج، وهو الطبقة الثانية من السن الموجودة أسفل المينا والتي تغلف وتحمي لب السن (الذي يُشار إليه غالبًا بالعصب). ^{[ 46 ]}

أظهرت دراسات أجريت على الفئران في اليابان عام ٢٠٠٧ إمكانيات واعدة في تجديد الأسنان بالكامل. خضعت بعض الفئران لعملية خلع أسنان، ثم زُرعت فيها خلايا من براعم أسنان مُهندسة حيوياً، وتُركت لتنمو. وكانت النتيجة أسناناً سليمة وكاملة الوظائف، تضم طبقاتها الثلاث وجذورها. كما احتوت هذه الأسنان على الأربطة اللازمة لتثبيتها في مكانها والسماح لها بالتحرك بشكل طبيعي. وهذا يختلف عن زراعة الأسنان التقليدية، التي تقتصر على موضع واحد لأنها تُغرس في عظم الفك. ^{[ ٤٧ ] [ ٤٨ ]}

من المعروف أن أسنان الطفل اللبنية تحتوي على خلايا جذعية يمكن استخدامها لتجديد لب السن بعد علاج قناة الجذر أو الإصابة. كما يمكن استخدام هذه الخلايا لإصلاح الضرر الناتج عن التهاب دواعم السن، وهو شكل متقدم من أمراض اللثة يسبب فقدان العظام وانحسارًا حادًا في اللثة. ولا تزال الأبحاث جارية لمعرفة ما إذا كانت هذه الخلايا الجذعية قادرة على النمو لتصبح أسنانًا جديدة تمامًا. بل إن بعض الآباء يختارون الاحتفاظ بأسنان أطفالهم اللبنية في مكان خاص، على أمل أن يتمكن الأطفال، عندما يكبرون، من استخدام الخلايا الجذعية الموجودة فيها لعلاج حالة مرضية. ^{[ 49 ] [ 50 ]}