ایرانی به دنبال چاپ سه‏ بعدی انسان

ايراني به دنبال چاپ سه‏ بعدي انسان

خادم حسینی در سال 2017 در مصاحبه‌ای با نشریه نانو ورلد راز خود در حفظ روند موفقیت در پژوهش‌هایش را داشتن گروه خوب توصیف کرد

مربی، پژوهشگر در آمازون، رئیس هیئت‌مدیره موسسه پژوهشی تراساكی دانشگاه كالیفرنیا، لس‌آنجلس، استاد سابق ام‌آی‏‌تی و هاروارد، پژوهشگرزیست‌پزشكی، مخترع، استاد مهندسی شیمی،زیست پزشكی، زیست‌مولكولی و مهندس بافت دانشگاه كالیفرنیا، لس‌آنجلس، مدیر مرکز درمان‌های کم‌تهاجمی(C-MIT) و مدیر اجرایی موسسهنانوسیستمز کالیفرنیا.علی خادم‌حسینی هرگز خبر نداشت قرار است چنین عناوینی را در زندگی به دست آورد. او در دوران کودکی و نوجوانی هیچ‏وقت نمی‌دانست قرار است حرفه‌ای در حوزه علم و فناوری را دنبال كند که دستاوردهای آن، مانند ساخت بافت و اندام قابل پیوند به بدن انسان، در داستان‌های علمی تخیلی پیش‌بینی شده باشند. در دوران كودكی او رویای قهرمان شطرنجشدن را در سر می‌پرورانید. در دبیرستان میان تبدیل شدن به بازیكن حرفه‌ای بیس‌بال و معلم دبیرستان مردد مانده بود. تنها زمانی هدفش را یافت كه وارد دانشگاه شد. آن زمان بود كه با اطمینان می‌دانست علم و پژوهشگری مسیری است كه باید دنبال كند.

علی خادم حسینی، متولد سال 1355 در تهران است. او از 12 سالگی به همراه خانواده به كانادا مهاجرت كرد و پس از فارغ‌التحصیلی از دانشگاه تورنتو در رشته مهندسی شیمی، دكترای مهندسی زیستی خود را زیر نظر رابرت لنگر از ام‏آی‏تی دریافت كرد. اگرچه در دوران كودكی بیشترین تاثیر را از والدینش گرفته بود، اما در دوران تحصیلات دانشگاهی، بیشترین تاثیر و الهام را از استاد مشاورش پروفسور رابرت لنگر گرفت. خادم‌حسینی لنگر را یك رویاپرداز علمی، مربی بزرگ و رهبری فروتن توصیف می‌كند كه بر زندگی و حرفه نسلی از انسان‌ها و مهندسان زیستی تاثیری بی‌چون و چرا گذاشته است. از دیگر اساتیدی كه بر رشد و توسعه او تاثیرگذار بوده‌اند او به پروفسور پپز كه به توسعه تفكر انتقادی و مدیریت زندگی آكادمیكش كمك فراوانی كرده است، اشاره می‌كند.

خادم‌حسینی در دوران خود و تا به امروز در پیشبرد و توسعه علم مهندسی زیستی مهره‌ای كلیدی بوده است. او كه مدیریت گروهی چندرشته‌ای از پژوهشگران را به عهده دارد، هدف خود را هماهنگ‌سازی دانش مهندسی زیستی و فناوری‌های نانو و میكرو با نیازهای فردی و كمك به درمان بیماری‌های متعدد تعیین كرده است. از نقص عضو گرفته تا سرطان. او در پژوهش‌هایش به برنامه‌نویسی مجدد سلول‌های بالغ و تبدیل آنها به سلول‌‌های اجدادی و ویرایش ژنتیكینیز علاقه ویژه‌ای دارد.

این پژوهشگر ایرانی كه هدایت و تربیت بیش از 300 دانشجو را تا مقطع پست‌دكترا به عهده داشته است معتقد است مهم‌ترین چالش‌های دوران كنونی حرفه‌اش به عنوان یك دانشمند و استاد، با وجود مشكلات بی‌پایانی كه در مسیر وجود دارندنیاز به مشتاق و باانگیزه ماندن نسبت به كار بوده است. خادم‌حسینی معتقد است موفقیت تمرینی برای استقامت است. او همچنین معتقد است ارتباطات علمی برای بهبود جایگاه اختراعات علمی نزد مخاطبان علم و تبلیغ علم به عنوان یك حرفه از اهمیت بالایی برخوردار است. از این رو است كه خادم‌حسینی در كنار دیگر مسئولیت‌هایش فعالانه و با استفاده از تمامی انواع رسانه‌ها در تبلیغ علم برای افرادی كه به آن علاقه‏مند هستند تلاش می‌كند.

گرفتن جایزه از دست رئیس‌جمهور

پژوهش‌های چندرشته‏ای خادم‌حسینی تاكنون منجر به دریافت بیش از 70 جایزه بین‌المللی شده است. او در سال 2011 جایزه علم و فناوری پیكاسه- Presidential Early Career Award- عالی‌ترین مدال افتخار دولت ایالات متحده به محققان جوان پیشگام حرفه‌ای را از باراك اوباما رئیس جمهور وقت آمریكا دریافت كرد. این جایزه عالی‌ترین جایزه علمی است كه دولت آمریكا سالانه به برترین دانشمندان و مهندسانی كه در مراحل اولیه پژوهش‌های مستقل خود قرار دارند اهدا می‌شود. خادم‌حسینی در مصاحبه‌ای با فیوچر ساینس می‌گوید رفتن به کاخ سفید، آشنایی با باراک اوباما از نزدیک و دریافت جایزه از دستان او یکی از مهم‏ترین رویدادهای زندگی حرفه‌ای او بوده است.

در سال 2007 خادم‌حسینی جایزه TR35 را به عنوان یكی از برترین مخترعان جوان جهان از تکنالجی ریویو مگزین دریافت كرد. جایزه جشنواره بین‌المللی خوارزمی نیز در سال 1394 به دلیل ارائه طرح نانو و میکروهیدروژل‌های ساخته‏شده برای مهندسی بازسازی‏کننده از آن او شد و در سال 98 به واسطه همین پژوهش جایزه مصطفی را از آن خود ساخت. جایزه پیشگامان مینیاتوریزیشن از انجمن سلطنتی شیمی به خاطر مشاركتش در ساخت مهندسی بافت و ریزسیالات در سال 2011، جایزه Sr. Scientist انجمن آمریكایی مهندسی بافت و پزشكی ترمیمی در سال 2016 و جایزه كلمسان انجمن مواد زیستی در سال 2017 از دیگر جوایز خادم‏حسینی هستند.

او همچنین جایزه پژوهشگر جوان انجمن بین‏المللی مواد بیومتری و مهندسی بافت و جامعه بازسازی پزشکی بین‏المللی- آمریکای شمالی و جایزه ویكتور لمر انجمن شیمی آمریكا را نیز به دست آورده است. خادم‌حسینی همچنین عضو رسمی آكادمی مهندسی كانادا، جامعه سلطنتی كانادا، موسسه پزشكی و زیست مهندسی آمریكا، انجمن مهندسی زیست‌پزشكی و انجمن NANOSMAT است و در سال 2020 به عنوان عضو ارشد آكادمی ملی مخترعان آمریكا انتخاب شد. موسسه تامپسون رویترز از سال 2014 به مدت چهار سال پیاپی خادم حسینی را به عنوان یكی از تاثیرگذارترین ذهن‌های جهان معرفی كرد. تاکنون در بیش از 36 هزار مقاله به پژوهش‌های او استناد شده و  در بیش از 250 سمینار به عنوان سخنران اصلی حضور داشته است.

چاپ سه‏بعدی بافت زنده داخل بدن انسان

سال 1865 بود كه ژول ورن، یکی از مشهورترین نویسندگان علمی-تخیلی جهان رمان سفر به ماه یا از زمین تا ماه را نوشت. 97 سال پس از آن، در 20 جولای 1969 نیل آرمسترانگ فضانورد آمریکایی به اولین انسانی تبدیل شد که روی ماه قدم گذاشت. این‏طور به نظر می‌آید که در گذشته، واکنش فناوری و صنعت به ذهن‌های خلاق و آینده‌نگر چندان سریع نبوده‌ است. امروز سرعت ابداع آنچه در داستان‌های علمی تخیلی متصور می‌شوند تا اندازه‏ای باورنکردنی افزایش یافته است. برای مثال در نسخه جدید داستان وست‌ورلد که در سال 2016 توسط جاناتان نولان خلق شد- اولین نسخه آن در سال 1973 ساخته شد- شاهد دستگاه‌های چاپگر سه‌بعدی هستیم که بدنی کاملا انسانی را برای ربات‌ها خلق یا چاپ می‌کند. تنها چهار سال پس از آن بود که موسسه نوآوری‌های زیست پزشکی تراساکی به مدیریت علی خادم حسینی توانست جوهری زیستی ابداع کند که به کمک آن می‌توان بافت‌های بدن را مستقیم در داخل بدن چاپ کرد. البته ابعاد چاپاین تکنیک با آنچه در وست‌ورلد دیده‌ایم متفاوت است. در این رویکرد جدید از نوعی جوهر زیستی، ترکیبی از مواد قالب‌گیری زیستی و سلول‌های زنده و فاکتورهای رشد برای کمک به رشد سلول‌های زنده موجود در جوهر و رشد بافت چاپ شده استفاده می‌شود. همچنین بافت‌ها باید در دمای 37 درجه داخل بدن چاپ شوند به شکلی که در زمان حقیقی چاپ، بافت جدید به بافت زنده موجود در بدن متصل شود و کل این فرایند نیز آسیبی به سلامت بیمار نخواهد زد. زیرا مواد با استفاده از نازلی بسیار ریز و تحت کنترل سیستمی کاملا برنامه‌ریزی‏شده و روباتیک وارد بدن شده و لایه لایه بافت مورد نظر را چاپ می‌کنند. از این تکنیک جدید می‌توان برای درمان جراحت‌های داخلی و خارجی، بهبود عملکرد تخمدان‌ها، چاپ قالب‌های پیچیده سلولی برای احیای عملکرد اندام‌ها و نسوج بدن، و انتقال دارو با فاکتور رشد به مواد زیستی استفاده کرد. خادم حسینی معتقد است ساخت بافت‌های شخصی‌سازی‏شده که بتوانند برای ترمیم جراحات و آسیب‌ها مورد استفاده قرار گیرند، برای آینده پزشکی ترمیمی از اهمیتی حیاتی برخوردار خواهد بود. او همچنین باور دارد با ترکیب این فناوری با ابداعات پیشینش، این امکان وجود دارد که تا 10 سال دیگر محصول کار زیست‌چاپگرهای سه‏بعدی، یک قلب کامل و قابل پیوند انسان باشد.

در سال 2018 هم خادم‌حسینی موفق به ابداع تکنیکی شد که در آن با استفاده از نوعی خاص از زیست‌چاپگرهای سه بعدی می‌شد چندین نوع ماده را برای ساخت زیست‌مواد درمانی به کار بست. به گفته دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، این ابداع قدمی به سوی چاپ زیستی بافت‌های مصنوعی پیچیده به منظور پیوند و استفاده در جراحی‌ها است. خادم‌حسینی در توضیح این طرح می‌گوید: بافت‌های طبیعی سازه‌هایی با پیچیدگی‌های خارق‌العاده هستند و برای بازسازی نسخه مصنوعی و کاربردی آنها باید پیچیدگی‌های آنها نیز بازسازی شود. در این ابداع از فرایندی نورمحور به نام استریولایتوگرافی و زیست‌چاپگر ویژه‌ای که توسط خادم‌حسینی خلق شده استفاده شده است. این چاپگر از دو قطعه کلیدی، یک تراشه ریزسیال با ورودی‌های مختلف که هریک ماده‌ای متفاوت را چاپ می‌کنند و یک ریزآینه دیجیتال تشکیل شده از مجموعه‌ای از میلیون‌ها آینه ریز که هریک حرکتی مستقل دارند، تشکیل شده است. به این ترتیب با استفاده از هیدروژل‌ها که در مواجهه با نور به ماده‌ای سخت تبدیل می‏شوندوهدایتنورتوسطآینه‌هاخادم‌حسینیوهمکارانشتوانستندبافت‌هایی مختلف مانند بخشی از یک ماهیچه یا توموری با عروق خونی داخلش را چاپ کنند. بدن موش‌ها به پیوند این بافت‌های زیستی چاپ‏شده واکنش پس‌زنندگی نشان نداد.

این تنها ابداع جالب توجه خادم‌حسینی و تیمش نبوده است. او در سال 2013 به همراه تیمی از پژوهشگران در بیمارستان زنان و بریگهام آمریکا موفق شد با کمک نوعی زیست‌ چاپگر سه‏بعدی، گامی در مسیر چاپ عروق خونی مصنوعی سازگار با بدن بردارد. در این پژوهش او و همکارانش ابتدا نوعی الگوی فیبری به عنوان قالب رگ‌های خونی چاپ کردند و آن را با لایه‌ای از هیدروژل پوشش دادند تا درون این قالب‌ها با کمک چاپ رشته‌ای نوعی مولکول آگارز- نوعی ماده پلیمری- عروق خونی مصنوعی و حتی شبکه‌ای از عروق بسازند.

دو سال پس از آن بود که خادم‌حسینی مدیریت پژوهشی اشتراکی میان دانشگاه هاروارد،بیمارستان زنان و بریگهام، کلینیک مایو و ام‏آی‏تی را به عهده گرفت تا راهکاری برای جلوگیری از خونریزی‌های غیرقابل کنترل ابداع کنند. نتیجه این پروژه ابداع هیدروژلی بود که می‌توانست با انسداد بخش‌های آسیب‏دیده رگ، از خونریزی‌های شدیدی جلوگیری کند. آزمایش‌های بالینی روی حیوانات نشان داد تزریق این هیدروژل داخل رگ‌های خونی آسیب‌دیده می‌تواند به انسداد رگ‌ها کمک کرده و خونریزی‌های شدید را حتی درافرادی با خون رقیق، مناطقی با شبکه عروقی بسیار پیچیده یا تحت فشار خون غیرمعمول بند آورد. پیش از این نیز این پژوهشگر ایرانی اقدام به ساخت باند‌های هوشمندی کرده بود که برای درمان سوختگی‌های شدید، زخم دیابت و زخم بستر کاربرد دارند. این باند‌های هوشمند با نام STBترکیبی از نوعی هیدروژل نرم و قابل انعطاف و دیسک‌های کوچک از نانو صفحات سیلیسی است که از قابلیت سلول‌های پلاکت برای لخته شدن خون در ترمیم زخم‌ها استفاده می‌کند.

راز موفقیت کجاست؟

خادم حسینی در سال 2017 در مصاحبه‌ای با نشریه نانو ورلد راز خود در حفظ روند موفقیت در پژوهش‌هایش را داشتن گروه خوب توصیف کرد. او گفت: تیمی عالی متشکل از دانشجویان توانمند و نابغه با پس‌زمینه‌ای چندرشته‌ای راز موفقیت من است. قدم بعدی دادن انگیزه به گروه، آموزش دادن و هدایت کردن و ارتباط دادن آنها به متخصصان حوزه‌های مختلف است. در نهایت باید آنها را تشویق کنید تا پروژه‌های خود را ارائه دهند. نتیجه این اقدامات ایجاد دوری مولد از نوآوری و خلاقیت است که به موتور محرک هر لابراتواری تبدیل خواهد شد. خادم حسینی همچنین در توضیح این موضوع که چرا در پژوهش‌هایش همزمان از چندین رشته علمی استفاده می‌کند توضیح داد: زمانی که روی مشکلی پیچیده تحقیق می‌کنید و به دنبال راهکاری نوآورانه هستید، انتخاب دیگری به جز پژوهش‌های چندرشته‌ای ندارید. رویکردهای سنتی که در آنها اتکا روی افرادی با یک تخصص بود دیگر نمی‌توانند پاسخ پرسش‌های پیچیده‌ای که امروز در حوزه مهندسی بافت با آنها مواجه هستیم را بیابند. مهندسی بافت به صورت ذاتی دانشی است که با علوم بسیار دیگری همپوشانی دارد و این به آن معنی است که ما باید فعالانه با دانشمندان دیگر حوزه‌ها همکاری داشته باشیم. در پایان، خادم حسینی ایجاد تحول در زندگی بشر را ماموریت اصلی زندگی خود اعلام کرد: هدف من در زندگی ایجاد تغییر در زندگی بشر است. من هرروز با این هدف زندگی می‌کنم که مواد و فناوری جدیدی را برای بهبود روند درمان بیماران ابداع کنم.