الفائز بجائزة المصطفى 2019

أستاذ الهندسة الكيميائية والهندسة البيولوجية والإشعاعية في جامعة كاليفورنيا، أمريكا

سنة الميلاد: 1975

الجنسية: إيران

الإنجاز: الهلاميات المائية (الهيدروجيل) النانوية والبيولوجية للتطبيقات الطبية والحيوية

مجال الجائزة: العلم والتكنولوجيا الحيوية والطبية

تغيير العالم

نظرة مقربة على حياة الدكتور علي خادم حسيني

بالنسبة لباحث في فرع الهندسة الحيوية، لا يمكن تخيل جنة مبهجة أكثر من مختبر على "جسر" بين كلية الطب وكلية الهندسة في واحدة من أفضل الجامعات الرائدة في العالم. تماماً هنا على هذا الجسر الاستراتيجي، يقع مختبر خادم حسيني في جامعة كاليفورنيا لوس انجلوس UCIA. يقول علي خدام حسيني، البروفيسور في فرع الهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية والأشعة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، أن: "أبحاثنا تربط بين الجسرين حقاً، وهذا هو أحد الأشياء التي تثير حماسناً كثيراً".

ولد علي خادم حسيني في طهران في 30 تشرين الأول اكتوبر عام 1975. يقول: "أذكر أنني نشأت مع أخي في عائلة مقربة". كان والدانا يشجعاننا دائماً على بذل قصارى جهدنا والتقدم إلى الأمام. أعتقد أن والدي ووالدتي قد ساعداني على التمسك بالقيم المهمة في الحياة"؟

ثم تغير كل شيء عندما بدأت الحرب بين إيران والعراق عام 1981، عندما كان عمره خمس سنوات فقط. يقول: "أتذكر بوضوح عندما كنت جالساً في أحد الأيام عندما ظهرت من عدة منازل قريبة غيمة تشبه الفطر، تلك التي سقط فيها أحد الصواريخ. من البديهي أنها كانت تجربة لا يمكن نسيانها أبداً، ولكن في الوقت نفسه، تجعلك تدرك قيمة وقدر الفرص التي تملكها الآن".

عندما كان عمر علي 12 عاماً، كان يقضي أوقاته تسليته بلعب ألعاب الفيديو والمطالعة، وكان يستمتع بممارسة الرياضات خارج المنزل أيضاً. كان يحب دروس الرياضيات والعلوم في المدرسة. كان يختار مهناً مختلفة للمستقبل مع كل مرحلة من عمره، من رياضي محترف إلى لاعب شطرنج إلى معلم في الثانوية. ولكن بعد ذلك، عندما ذهب إلى الجامعة وأدرك شغفه بالبحث، أراد أن يصبح عالماً.

يقول: "لقد كنت دائماً مهتماً بمعرفة كيف يعمل العالم وماهية القوانين الأساسية التي تحكمه. شاهدت الكثير من الأفلام الوثائقية عن الطبيعة والعلوم والتكنولوجيا. لكن على الرغم من كل هذا، لم تستطع أن تحفز اهتمامي الحقيقي حتى السنة الثالثة في الجامعة عندما قمت بتجربة أول أبحاثي".

في صيف عامه الثالث عندما كان يدرس الهندسة الكيميائية في جامعة تورنتو، أتيحت له الفرصة تحت إشراف الدكتور مايكل سيفتون المشاركة في بحث حول المواد الحيوية لطلاب المرحلة الجامعية. كان من الرائع أن يرى أن المعرفة الهندسية التي كان يحبها في الجامعة تفيد في حل المشاكل الطبية الهامة.

بعد حصوله على درجة الماجستير من جامعة تورنتو (2001)، تم قبوله كطالب دكتوراه في جامعة ام آي تي. هناك، تعرف على الدكتور روبرت لنغر، أحد الأساتذة الاثنا عشر المتميزين في ام آي تي ومهندسي الطب الحيوي المشهور عالمياً والذي قام بإلهامه. يقول: "البروفيسور روبرت لنغر قد أظهر لي أنه لا يوجد حد لما يمكن أن يحققه الإنسان". لقد لعب دوراً مهماً في مسيرتي. تشاهد تواضع ولطف هذا الشخص مع الأشخاص الذين يتعامل معهم. فتغيرك هذه العقلية. لا يزال يحفزني ويدفعني للأمام". حصل خادم حسيني على درجة الدكتوراه في الهندسة الحيوية من ام آي تي في عام 2005 وكان الدكتور لنغر أستاذه المشرف.

الأستاذ الآخر الذي كان له تأثير كبير على خادم حسيني هو نيكولاس بيباس من جامعة تكساس في أوستن، الذي ساعده على تحسين مهاراته في "التفكير النقدي وإدارة الحياة الأكاديمية".

كان خادم حسيني أستاذاً في كلية الطب بجامعة هارفارد ومديراً لـ "معهد أبحاث المواد الحيوية"، وهو رائد في تطوير المواد الهندسية للتطبيقات الطبية الحيوية. ثم انضم إلى "برنامج العلوم الصحية والتكنولوجيا"، وهو أحد أكبر أوجه التعاون الأكاديمي بين جامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (ام آي تي) في نصف قرن الماضي. انضم إلى جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في نوفمبر 2017، وهو الآن المدير المؤسس لـ "مركز العلاجات طفيفة التوغل" في هذه الجامعة.

يحاول خادم حسيني دمج الهندسة والطب في ابتكار مجموعة متنوعة من الحلول التشخيصية والعلاجية. على سبيل المثال، ابتكر فريقه طرقاً لهندسة الأنسجة الاصطناعية باستخدام التطورات الحاصلة في مجال بيولوجيا الخلايا الجذعية والطباعة ثلاثية الأبعاد وعلوم المواد. يقول: "يمكن أن يكون لأبحاثنا تأثيراً كبيراً في الطب من خلال بناء علاجات دائمة يمكن أن تساعد المرضى في العديد من أنواع الأمراض المختلفة، من السرطان إلى القرحة وفشل الأعضاء نتيجة للشيخوخة"، كما يقول: "لدى عملنا القدرة على تغيير طريقة العلاج".

خادم حسيني مؤلف لأكثر من 600 مقالة علمية وفصل في كتب تم الاقتباس منها أكثر من 55 ألف مرة (75٪ منها في السنوات الخمس الماضية)، وهو ما رفع من مستوى مؤشر اتش في مقياسه العلمي إلى 123. على مدار الأعوام القليلة الماضية، اختير كأحد "أكثر العلماء تأثيراً في العالم" من قبل معهد طومسون رويترز وقد أدرج اسمه ضمن قائمة "أكثر الباحثين اقتباساً" لمؤسسة ويب آو ساينس. هذه القائمة مخصصة للباحثين الذين تصنف أعمالهم في أعلى 1 في المائة من أكثر الأعمال اقتباساً لكل فرع في نفس العام. وهو أيضاً عضو في مجلس تحرير العديد من المجلات عالية التأثير مثل ACS Nano و Small و Bio fabrication و Lab on a Chip و Bio macromolecules.

فاز خادم حسيني بأكثر من 40 جائزة وطنية ودولية هامة، بما في ذلك جائزة رئاسة الجمهورية الأمريكية لعام 2011 للعلماء والمهندسين الجدد، وهو عضو في العديد من الجمعيات العلمية، سواء في أمريكا أو غيرها من الدول، بما في ذلك "الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم" و"الجمعية الملكية للكيمياء".

خادم حسيني رجل الأسرة. يقول: "عندما أكون في المنزل أحب ملاعبة ولدي وتعليمه بعض الأشياء. أحب قضاء الوقت مع ابني! بالإضافة إلى ذلك، أحب قضاء الوقت مع أصدقائي. كانت زوجتي دائماً ممن دعمني وتحاول أن نخرج معاً في الأيام المشمسة في لوس أنجلوس والقيادة على طرق كاليفورنيا".

يحب أن يشتهر كأستاذ مشرف جيد يذكر اسمه. يقول: "أهتم بكل شخص يتواصل معي وأبذل قصارى جهدي للتأكد من أن عيشهم حياة طيبة". يعمل الآن العديد من طلابه السابقين والباحثين بعد الدكتوراه الذين كانوا في مختبره كباحثين ناجحين في أرقى جامعات العالم. وهذا هو السبب في حصوله على منصب أستاذ مشرف بارز لطلاب المرحلة الجامعية الأولى في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

يحاول العديد من الطلاب المهتمين بالعمل مع خادم حسيني، وخاصة من إيران ودول الشرق الأوسط الأخرى، الدخول إلى مختبره. ويقول: "أضع نفسي دائماً في مكان أحد المتقدمين للانضمام إلى مختبري. نصيحتي الأكثر أهمية لجميع الطلاب هي تجربة الأشياء المختلفة أولاً والعثور على اهتماماتهم الخاصة.". يعتقد خادم حسيني أن على الباحث أن يؤمن بأنه يقوم بحل مشكلة هامة. وبرأيه: "ما نقوم به ليس فقط للترفيه، مثل حل جدول لا يهم أي شخص في النهاية. إذا قمت بعملك بشكل صحيح، يمكنك أن تكون مؤثراً، ويمكنك تغيير العالم".

طباعة الحياة الإحتياطية

قد يعود الإحياء إلى مستقبل بعيد نسبياً، إلا أنه بالرغم من ذلك يبدو مستقبلاً طبياً.

الإحياء تشبه الكلمة التي تجسد كل الأحلام الطيبة للمريض الذي يحتاج إلى عملية زرع، ومهندس يقوم دفعة واحدة بتجسيد عملية إحياء في جسده. أذا توقفت كليتيك عن العمل، فهل ترغب في طباعة زوج جديد منها؟ إذا لم تتوفر لمريضك عشية وفاته رئة مع أنسجة متكيفة، فهل ترغب في طباعة زوج جديد من الرئتين باستخدام خلاياها الخاصة؟ هل يبدو هذا كمثال متطرف لتحويل العلم إلى السحر؟

أنسجة وأعضاء الكائنات الحية هي نتيجة للعمليات التطورية مع البرمجة الجينية التي تطورت على مدى فترة طويلة. الآن، يبدو أن التكنولوجيا الحيوية أصبحت بديلاً اصطناعياً لصنع الأنسجة وحتى الأعضاء الكاملة: النسخة الثانية من الحياة. وتصبح الحاجة إلى نسخة ثانية من الحياة أكثر إلحاحاً عند توقف الحياة الأولى عن العمل، وهي نوع من الحياة بعد الحياة.

***

ستزداد شيخوخة سكان العالم في العقود القادمة ويقدر أن يتضاعف عدد من تزيد أعمارهم عن 65 سنة بحلول عام 2050 وهو ما يمثل سدس سكان العالم. تواجه طرق العلاج الحالية بما في ذلك المفاصل الاصطناعية وزرع الأعضاء، العديد من المشكلات مثل العفونة والأورام الخبيثة وضرورة كبت الجهاز المناعي ونقص الأعضاء في عملية الزرع. توفر الهياكل الثلاثية الأبعاد وغيرها من العلاجات الترميمية خياراً موثوقاً به للتصدي للتآكل الطبيعي لأعضاء هذه الفئة العمرية الهرمة من خلال العمليات الجراحية طفيفة التوغل.

اطبع أو مت

المبدأ الأساسي للطباعة الحيوية هو إنتاج متزايد أو خليط من الخلايا والألياف والمواد الهلامية التي يتم طباعتها طبقة تلو الأخرى. على هذا النحو، تلعب تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد دوراً رئيسياً في عملية الإحياء كأداة قوية لوضع الخلايا في مصفوفة بدقة.

تتكون العديد من الأنسجة من عدة أنواع من الخلايا. لذلك، من الأفضل طباعة جميع أنواع هذه الخلايا بدلاً من استخدام الخلايا الجذعية وانتظار تفاضلها. يأمل الباحثون في تتمة الأمر أن تقوم الأنسجة المطبوعة بتجديد تنظيم نفسها وتكوين بنية ناضجة ومترابطة تماماً.

حالياً، تطول قائمة الهياكل أو الأشياء التي يمكن طباعتها باستخدام هذا الحبر الحيوي، وتشمل مجموعة من الأنسجة مثل الجلد والأوتار والغضاريف والعظام والأوعية الدموية والعصب وخلايا جزر البنكرياس والقصبة الهوائية وكذلك الأعضاء الكاملة مثل الكلى والمثانة والكبد والرئة والقلب وما إلى ذلك.

يمكن استخدام هذه الأنسجة والأعضاء في كلّ من العلاج والبحث أيضاً: يمكن استخدامها كبديل للأشخاص المحتاجين لعملية زرع الأعضاء واستبدالها بأنسجة أو أعضاء تالفة. من ناحية أخرى، يمكن استخدامها كنموذج واقعي لاختبار الأدوية الجديدة واكتشاف آليات بيولوجيا الخلية وتقليل استخدام الكائنات الحية في البحوث.

العظام المثيرة للجدل

الحبر الحيوي المستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد هو في الواقع مادة حيوية مملوءة بالخلايا يتم تزويدها عبر الجهاز الناسخ. على سبيل المثال، الحبر المستخدم في الطباعة الحيوية للعظام عبارة عن هيدروجيل يحتوي على خلايا وسيراميك حيوي نشط وعوامل نمو يجب أن تكون مستقرة عند درجة حرارة الجسم الطبيعية. الهيدروجيل في الحقيقة عبارة عن شبكات من البوليمرات المحبة للماء مثل الكولاجين أو السكريات المتعددة التي تتحول إلى مادة هلامية عند تلقيها المياه (أكثر من 90٪ منها عبارة عن ماء). الهيدروجيل في الأساس شبيه بأنسجة طبيعية تم تفريغها من جميع خلاياها. وليتمكن الباحثون من منح الهيدروجيل شكلاً ثلاثي الأبعاد مستقراً فهم يقومون بتقليد سقالة لنسيج طبيعي من ألياف متناهية الصغر للربط المتقاطع. وهي تعمل كوسيط يمكن إدارته عن طريق إضافة الجزيئات الحيوية الناقلة إليها.

الهيدروجيل الأكثر شيوعاً في الطباعة الحيوية للألجينيك أو أملاح حمض الألجنيك، هو السكريات المتعددة المشتقة من الطحالب البنية. يتحول الألجينيك عند ملامسته للماء إلى صمغ لزج وكثير المسام، وهو المادة الأحيائية الأكثر استخداماً على نطاق واسع بسبب قلة تكلفتها وطبيعتها الحيوية المتوافقة. وهناك مادة حيوية أخرى يتم البحث فيها لاستخدامها كحبر حيوي هي ألياف الحرير التي يتم الحصول عليها من كل من دودة القز وشبكة العنكبوت.

ما يتم طباعته الآن باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي السقالة التي يمكن لاحقاً زرعها في خلايا النسيج المستهدف. لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد قد مضت الآن في خطوة جديدة إلى الأمام، باستخدام الحبر الحيوي الذي يحتوي على خلايا ومواد حيوية نشطة، وله العديد من المزايا مقارنة بالطباعة "التقليدية" المكونة من مرحلتين.

العظام هي من بين الأنسجة الأكثر طلباً في جراحة زرع الأعضاء. يمكن أن تتلف العظام نتيجة للعديد من العوامل مثل التشوهات الخلقية والصدمات و المرض أو الجراحة. عادة ما يتم تأمين عمليات ترميم هيكل وآلية العظام من نفس الجسم أو يتم التبرع بها من قبل شخص آخر، وبما أنه يتوجب أن تكون الزراعة صحية، فيجب اعتبارها مصدراً محدوداً. والمواد الحيوية الاصطناعية أيضاً لا تملأ هذا الفراغ بشكل صحيح. ومع ذلك، فإن العظم عبارة عن نسيج حي معقد يحتوي على أوعية دموية، ويمكن أن يصاحب استخدام هذه التقنية في العلاج مشكلات مثل رد الفعل المناعي أو عدم وجود خواص ميكانيكية مناسبة أو القدرة على الالتئام في مكان الزرع في جسم المتلقي.

في المستقبل القريب نسبياً

نظراً إلى جميع هذه التحديات الرهيبة، فلا عجب أن تتحول الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى واحدة من حدود مجال أبحاث الطب الترميمي التي تتجه للتطور بسرعة. استقطب بناء هياكل مخصصة معقدة لعلاج الترميم الشخصي مؤخراً اهتمام العديد من الباحثين.

يقع الكثير مما قيل أعلاه وأكثر من ذلك بكثير، ضمن مجال أبحاث على خادم حسيني، أستاذ الهندسة الحيوية ومدير "مركز العلاجات طفيفة التوغل" في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. وهو أحد أبرز المتخصصين في هندسة الأنسجة على مستوى العالم، وهو يقر بأن الهدف الرئيسي للطباعة الحيوية الآن هو استخدامه المخبري لتقليل عدد الأدوية غير الفعالة. وبهذه الطريقة، يمكن اختبار أدوية مختلفة على نسيج فريد للمريض من الناحية الوراثية خارج جسده قبل إعطاء الدواء.

خادم حسيني الفائز بجائزة المصطفى 2019 عن "الهيدروجيل النانوية والمجهرية للاستعمالات الطبية الحيوية"، يقر بأن الكثير مما يظهر في أحلام مجال الطباعة الحيوية وخاصة في شكل زراعة الأعضاء عن طريق وضع الخلايا في هياكل مطبوعة وتحويلها إلى نسيج وظيفي حي، "لا تزال ينتمي إلى مستقبل بعيد نسبياً". في المستقبل، يمكننا بالتأكيد صنع أنسجة وأعضاء مخصصة لكل شخص باستخدام البيانات الجينية لديه.

هذه الأنواع من التجارب جارية بالفعل، ويتم ادخال نتائجها في خوارزميات التعلم الآلي لتحسين القدرة على التنبؤ. على الرغم من أن التحديات لا حصر لها وكثيرة، ولكن كما قال خادم حسيني في مقابلة مع وسائل الإعلام في كلية الهندسة الصامويلية في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: "أنا متأكد من أننا سنكون قادرين على حلها مع مرور الوقت". وما يزال عدد غفير من الباحثين في الشرق الأوسط يعملون الآن على مواضيع مماثلة في أرقى جامعات العالم بما في ذلك في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وكلية هارفارد الطبية.

كل هذا الكلام عن الطباعة الحيوية يذكّر العديد من الناس بالمسلسل التلفزيوني "العالم الغربي" الذي تم انتاجه وفقاً لرواية لمايكل كرايتون في عام 1973. تُظهر العناوين الأولية طابعتين ثلاثية الأبعاد تعملان في وقت واحد وتخرجان من أفواههما آخر مراحل أجهزة الهيكل العظمي والعضلي والدورة الدموية وفي النهاية جلد المضيفين الروبوتيين لمدينة الألعاب مع خيولهم وبنادقهم. ولكن هناك العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم التي تعمل بأقصى جهدها في البحث وبناء جميع أبعاد هذه الفكرة. كثير من هذه التخيلات ستتحول قريباً إلى علم حقيقي.