کوینتون اسمیت در حالی که داوطلبانه در بیمارستان کودکان دانشگاه نیومکزیکو در آلبوکرکی مشغول به کار بود، به سرعت متوجه شد که هرگز نمی تواند یک پزشک باشد.
سپس اسمیت در مقطع کارشناسی در دانشگاه، از دیدن بچه های بیمار در تمام مدت بسیار ناراحت بود. اما، او فکر کرد، “شاید بتوانم در زمینه علم به آنها کمک کنم.”
اسمیت رشته اصلی خود، مهندسی شیمی را انتخاب کرده بود، زیرا او آن را «راهی سردتر برای پیش‌برد» می‌دید. اگرچه او در نهایت به جای کنار تخت در آزمایشگاه فرود آمد، او همچنان مشتاق یافتن راه هایی برای درمان بیماری های مردم است.
امروزه، آزمایشگاه او در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین از ابزارهایی استفاده می‌کند که اغلب در ساخت وسایل الکترونیکی کوچک به کار می‌روند تا اندام‌های مینیاتوری و رشد یافته در آزمایشگاه را بسازند که همتایان واقعی خود را تقلید می‌کنند. اسمیت می‌گوید: «بیشتر اوقات، وقتی سلول‌ها را مطالعه می‌کنیم، آنها را در ظرف پتری مطالعه می‌کنیم. “اما این شکل بومی آنها نیست.” تحریک سلول‌ها برای جمع شدن در این ساختارهای سه بعدی، به نام ارگانوئیدها، می‌تواند روش جدیدی را برای مطالعه بیماری‌ها و آزمایش درمان‌های بالقوه در اختیار محققان قرار دهد.
اسمیت می‌گوید با ترکیب فناوری سیلیکون ولی و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، دانشمندان اکنون «بافت‌هایی می‌سازند که ظاهر و واکنش نشان می‌دهند و مانند بافت‌های انسان عمل می‌کنند». و این قبلاً انجام نشده است.»
قدرت سلول های بنیادی
کار اسمیت در دو بعد آغاز شد. در طول تحصیل در مقطع کارشناسی، او دو تابستان را در آزمایشگاه مهندس زیست پزشکی شارون گرچت و سپس در دانشگاه جان هاپکینز گذراند. پروژه او با هدف تقلید از محیطی که در آن رگ خونی شکل می‌گیرد، ساخت دستگاهی بود که می‌تواند جریان اکسیژن و مایع را در داخل محفظه‌های کوچک روی ویفرهای سیلیکونی کنترل کند. در آنجا بود که اسمیت به سلول های بنیادی پرتوان القایی انسان احترام گذاشت.
این سلول‌های بنیادی از سلول‌های بدن تشکیل می‌شوند که دوباره برنامه‌ریزی می‌شوند تا به مرحله اولیه و جنینی برسند که می‌تواند هر نوع سلولی را ایجاد کند. اسمیت می‌گوید: «فقط ذهنم را درگیر کرد که می‌توانید این سلول‌ها را بگیرید و به هر چیزی تبدیل کنید.
اسمیت در نهایت برای دکترای خود به آزمایشگاه گرچت بازگشت و بررسی کرد که چگونه نشانه های فیزیکی و شیمیایی می توانند این سلول های بنیادی را به سمت تبدیل شدن به رگ های خونی سوق دهند. او با استفاده از تکنیکی به نام میکروالگوسازی – که در آن محققان پروتئین ها را بر روی اسلایدهای شیشه ای مهر می زنند تا به سلول ها کمک کنند تا بچسبند – او سلول ها را تحریک کرد تا در ابتدای رگ های خونی مصنوعی سازماندهی شوند. بسته به الگو، سلول‌ها ستاره‌ها، دایره‌ها یا مثلث‌های دوبعدی را تشکیل می‌دهند که نشان می‌دهد چگونه سلول‌ها برای تشکیل چنین ساختارهای لوله‌ای به هم می‌رسند.
زمانی که دکترای MIT بود، به سه بعدی با تمرکز بر ارگانوئیدهای کبدی روی آورد.
مانند رگ های خونی منشعب، شبکه ای از مجاری صفراوی اسید صفراوی را در سراسر کبد حمل می کند. این مایع به بدن در هضم و جذب چربی کمک می کند. اما بافت مصنوعی کبد همیشه مجاری را دوباره ایجاد نمی کند که به روشی که در بدن منشعب می شوند. اسمیت می‌گوید سلول‌هایی که در آزمایشگاه رشد می‌کنند «به کمک کمی نیاز دارند».
برای دور زدن مشکلات، اسمیت و تیمش یک ژل سفت را دور سوزن‌های کوچک طب سوزنی می‌ریزند تا کانال‌هایی ایجاد کنند. پس از جامد شدن ژل، محققان سلول‌های بنیادی را درون آن می‌کارند و سلول‌ها را در نشانه‌های شیمیایی می‌پوشانند تا آنها را برای ایجاد مجرای تحریک کنند. او می‌گوید: «ما می‌توانیم با استفاده از یک رویکرد مهندسی، مجاری صفراوی بنا به تقاضا ایجاد کنیم.
Sangeeta Bhatia، مهندس زیست پزشکی، محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز در MIT و مربی پسادکتری اسمیت، می گوید: این رویکرد برای ساخت ارگانوئیدهای کبدی ممکن است زیرا اسمیت به زبان زیست شناسی و زبان مهندسی صحبت می کند. او می‌تواند از دانش زیست‌شناسی سلولی خود استفاده کند و از تکنیک‌های مهندسی برای مطالعه نحوه سازماندهی انواع سلول‌های خاص برای کار با هم در بدن استفاده کند.
به عنوان مثال، آزمایشگاه اسمیت اکنون از چاپ سه بعدی استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که بافت های کبد رشد کرده در آزمایشگاه، از جمله رگ های خونی و مجاری صفراوی، به روش صحیح سازماندهی می شوند. اسمیت می‌گوید، چنین تکنیک‌های مهندسی می‌تواند به محققان کمک کند تا علل اصلی برخی از بیماری‌های کبدی، مانند بیماری کبد چرب را مطالعه و مشخص کنند. مقایسه ارگانوئیدهای رشد یافته از سلول های افراد سالم با ارگانوئیدهای رشد یافته از سلول های بیماران مبتلا به بیماری کبدی – از جمله افراد اسپانیایی تبار که به طور نامتناسبی تحت تاثیر قرار می گیرند – ممکن است به یک مکانیسم اشاره کند.
نگاهی فراتر از کبد
اما اسمیت خودش را محدود به کبد نمی کند. او و کارآموزانش در حال کاوش در سایر بافت ها و بیماری ها هستند.
یکی از این تعقیب ها پره اکلامپسی است، بیماری که زنان باردار و به طور نامتناسبی زنان آفریقایی آمریکایی را تحت تاثیر قرار می دهد. زنان مبتلا به پره اکلامپسی به دلیل اینکه جفت ملتهب شده و رگ‌های خونی مادر را منقبض می‌کند، به طور خطرناکی به فشار خون بالا مبتلا می‌شوند. اسمیت قصد دارد جفت های رشد یافته در آزمایشگاه را بررسی کند تا تعیین کند که چگونه عوامل محیطی مانند نیروهای فیزیکی و نشانه های شیمیایی این اندام بر عروق خونی مادر تأثیر می گذارد.
اسمیت می گوید: «ما واقعاً در مورد این کار هیجان زده هستیم. اخیراً دانشمندان سلول‌های بنیادی را فریب داده‌اند تا وارد مرحله اولیه‌ای از رشد شوند که می‌تواند جفت را تشکیل دهد. این جفت‌های رشد یافته در آزمایشگاه حتی گنادوتروپین جفتی انسانی، هورمونی که مسئول تست‌های مثبت بارداری است، تولید می‌کنند.
یک پیروزی دیگر برای قدرت سلول های بنیادی.
کوینتون اسمیت یکی از SN 10: Scientists to Watch، لیست ما از 10 دانشمند اولیه و اواسط حرفه ای است که کمک های خارق العاده ای در زمینه خود دارند. ما لیست کامل را در طول سال 2023 منتشر خواهیم کرد.
آیا می خواهید شخصی را برای SN 10 نامزد کنید؟ نام، وابستگی و چند جمله در مورد آنها و کارشان را به [email protected] ارسال کنید.
