استفاده از بیوراکتور در پزشکی فضایی - ۳

 قسمت اول 

قسمت دوم

در ادامه قسمت قبل که به بررسی سیستم های زیرسامانه هاى تشکیل دهنده بیوراکتور پرداختیم و اکنون در ادامه داریم:

در ماژول فراهم کننده گاز که شامل چهار شیشه محتوى مخلوطى از  هوا و دىا کسید کربن است رشد بهینه سلول ها انجام خواهد شد. در این ماژول قابلیت شارژ مجدد پس از اتمام مخلوط هوا و دى اکسیدکربن وجود دارد. در فرایندهاى هوازى انتقال اکسیژن در حد مطلوب شاید سختت رین کار باشد. اکسیژن به طور ناچیز در آب حل شده و حتى کمتر از مقدار تخمیر سبزیجات حاصل مى شود. در هوا نیز مقدار کمى از آن در حدود 8/20 درصد، موجود است. انتقال اکسیژن با هم زدن مقدور است که منجر به صرف انرژى زیادی خواهد شد. به طور معمول در صنایع ساخت بیوراکتور از باکترى و یا ارگانیزم هاى ساده اى استفاده مى شود که در مقابل نیروى حاصل از تلاطم و بهم زدن مقاوم است. سلول هاى نگه دارى شده در این محیط که مواد مغذى نیز به آن ها تزریق مى شود با آهنگ متحیرکنندها ى رشد مى کنند.

جرم گرفتگى منجر به از بین رفتن حالت استریل دستگاه و در نهایت کاهش بازده به خصوص در مبدل هاى حرارتى مى شود. براى جلوگیرى از مشکل جرم گرفتگی، این سامانه باید به سادگى تمیز شود و به سطحى هموار همانند حالت اولیه خود برگردد. شکل(1) نمایى از ماژول کنترل کننده دما در بیوراکتور را نشان مى دهد.

در مأموریت هاى فضایى طولانى مدت، سلول ها از لحاظ طولى نیز بزرگتر مى شوند. تا مدت شصت روز مى توان سلول هاى رشد نموده را نگه داشت. سلول ها در بیوراکتور همانند قرارگیرى در محیط فضا رشد نموده و برخى تا طول یک سانتى متر نیز رشد مى کنند، اما این مقدار باز هم کوچکت ر از مقدار رشد واقعى در فضا است. بنابراین با مطالعه سلول ها مى توان رشد آنان را به خوبى بررسى و سلول ها را از لحاظ نوع بافت پیچیده و رشد کم از هم تفکیک کرد. شکل( 2 ) اِى و سى، سرعت تکثیر سلول ها در حالت طبیعى در روى زمین، در بى و دى سرعت تکثیر سلول ها در بیوراکتور را نشان مى دهد.

در سال 1992 این وسیله علمى ساخته شد و در آزمایشگاه هاى زمین با هدف انجام تحقیقات علمى و مطالعات بالینى در حوزه وسیعى از علوم پزشکى و بیمارى ها مورد بهرهب ردارى قرارگرفت. در سال 1994 همکارى در زمینه پزشکى فضایى و استفاده از فناورى بیوراکتور بین با استفاده از این NIH . آغاز شد ،NIH ناسا و موسسه ملى سلامت 5 وسیله مى بایست کشت سه بعدى بافت ها را انجام مى داد.

ناسا بیش از بیست و پنج واحد آزمایشگاه به این موسسه تخصیص داد. در واقع این وسیله آزمایشگاهى خود نوعى نمایش مهارت دو نهاد مختلف بود که مى توانستند با همکارى یکدیگر گام مؤثری در پیشبرد دانش پزشکى در فضا بردارند.

این موسسه در کشت سه بعدى بافت ها، رشد و چگونگى حرکت را در بافت لوزه بررسى کردند که نتیجه این کار همانند HIV ویروس رشد طبیعى در انسان بود.

به طور مثال تک سلولى هاى سرطانى متعددى از سلول هاى پوست، پروستات، تخمدان، استخوان و روده بزرگ برداشته شد و هرکدام از آن ها به تنهایى در بیوراکتورهاى مختلفى کشت داده شدند.

در کمتر از شصت روز این سلو ل ها به اندازها ى بزرگ شدند که دیگر در محفظه بیوراکتور قابل نگه دارى نبودند.

بیوراکتور و نتایج حاصل از آن در فضا

STS-70 سلول هاى سرطان ساز روده بزرگ انسان در ماموریت به مدت پنج روز کشت داده شد. حجم این سلول ها 30 برابر بیشتر از رشدشان در روى زمین بود.

تحقیق روى سلول ها و بررسى تأثیر جاذبه کم روى آنان از جمله تجربیات موفقى بود که در ایستگاه فضایى میر حاصل و باعث رشد آگاهى و در نتیجه پیشبرد این علم شد. رشد سه برابری سلول ها در ناحیه غضروف استخوان ها از جمله عوامل شگفتى محققین بود. آخرین فعالیت دانشمندان ناسا در ایستگاه فضایى میر تلاش برای کشت بافتى از بدن انسان در فضا با استفاده از بیوراکتورها بود که بعدها این فعالیت خود برای تکثیر سلول ها را در ایستگاه فضایى بین المللى ادامه دادند.

نتایج مهم حاصل از این تحقیقات، منجر به ارائه آموزش هاى ویژه به خدمه براى استفاده از ابزارهاى جدید بکارگرفته شده در فضا شد.

در ژوئیه 1998 زمانى که فضانوردان ناسا مأموریت تحقیقاتی شان در ایستگاه فضایى میر به اتمام رسید، یا به عبارتى این ایستگاه دیگر قابل بهره بردارى نبود، تیم بیوراکتور ناسا با جمعآ ورى اطلاعات پزشکى که حاصل تلاش آنان در روى زمین و در ایستگاه فضایى میر بود، کمک شایانى به رشد دانش پزشکى در فضا کردند.

نتیجه گیرى

با استفاده از بیوراکتورها، آزمایش های سه بعدى روى سلول ها امکان پذیر شدکه نتایج حاصل از آن متفاوت با کشت سنتى و دو بعدى سلو ل ها بود. سلول ها در این محیط تعبیه شده با هم ادغام شدند که محیط و شکل پیچیدها ى از کلاژن ها، پروتئین ها و فیبرها حاصل شد. تغییرات در یک چنین محیط کوچک بیان گر چگونگى رشد و تغییر شکل سریع سلول ها است به گونها ى که در مقابل محرک هایى چون میکروب ها و باکترى ها عکسا لعمل خوبى نشان دادند. بنابراین در این محیط کوچک تغییر شکل یافته، فرصت و امکان مطالعات بسیارى با هدف تنظیم رشد سلولى با انواع داروها، هورمون ها و با مهندسى ژنتیک پدید آمد. در این وسیله و در یک شرایط بهینه میکروارگانیزم ها و سلول ها قادر به عملکرد مطلوب صد درصد خواهند بود. سلول ها و بافت ها داراى سطوح و ساختمان ویژها ى هستند که شرایط غیر معمول باعث آشفتگى در حیات و شکل آنان مى شود. در واقع این سامانه با ایجاد زمینها ى مناسب براى رشد سلول ها و بافت ها در محیطى مشابه با فضا، به منظورکاهش رشد سلولى در حالت غیرطبیعى راه کارهایى ارائه مى دهد.