مرور زندگی حرفه‌ای دانشمند ایرانی همه‌ فن حریف

او پیش از نوامبر ۲۰۱۷، استاد “دانشکده پزشکی هاروارد”(HMS) و عضو هیئت علمی “بخش علوم و فناوری بهداشت”(HST) این دانشگاه، “بیمارستان بریگام و زنان”(BWH) و “موسسه ویس” (Wyss Institute) دانشگاه هاروارد بود. همچنین، او در دانشگاه هاروارد، سرپرستی “مرکز تحقیقات نوآوری زیست مواد”(BIRC) را بر عهده داشت که یک ابتکار پیشرو در ساخت مواد مهندسی‌ شده است. خادم حسینی در نوامبر ۲۰۱۷، از “دانشگاه هاروارد”(Harvard University) به دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس پیوست.

دکتر خادم حسینی، پیشرو استفاده از راه‌حل‌های مهندسی پزشکی در پزشکی دقیق است. گروه بزرگ و بینارشته‌ای او علاقمند به توسعه راه‌حل‌های شخصی‌سازی‌شده‌ای هستند که از فناوری‌های میکرومقیاس و نانومقیاس در ارائه طیف وسیعی از درمان‌ها برای نارسایی اندام‌ها، بیماری‌های قلبی-عروقی و سرطان استفاده می‌کنند. او در این زمینه، از نزدیک با پزشکان از جمله متخصصان پرتوشناسی مداخله‌ای، متخصصان قلب و جراحان کار می‌کند.

خادم حسینی، روش‌های متعددی را در کنترل رفتار سلول‌های به دست‌آمده از بیمار توسعه داده است تا به مهندسی بافت‌های مصنوعی و ارائه درمان‌های مبتنی بر سلول بپردازد. همچنین، او در حال توسعه سیستم‌های موسوم به “اندام روی تراشه”(organ-on-a-chip) است که با هدف تقلید از فیزیولوژی و آسیب‌شناسی انسان ابداع می‌شوند تا امکان ارزیابی اثر گزینه‌های دارویی خاص را روی بیمار فراهم کنند.

آزمایشگاه خادم حسینی، پیشرو استفاده از فناوری “بیوفابریکیشن”(Biofabrication) برای ابداع بافت‌های عروقی دارای میکروساختارهای مناسب است. علاوه بر این، آزمایشگاه او به تبدیل کردن سلول‌های بنیادی به محیط‌های ریزمهندسی‌شده می‌پردازد. همچنین خادم حسینی، پیشگام ارائه مواد زیستی مختلف با کارایی بالا است که می‌توانند به نیازهای همه بیماران پاسخ دهند.

خادم حسینی، بیش از ۲۵۰ سمینار و سخنرانی برگزار کرده است. او در پنج سال گذشته، سالانه توسط شرکت چند ملیتی “تامسون رویترز”(Thomson Reuters) به عنوان یکی از تأثیرگذارترین ذهن‌های جهان و به عنوان پژوهشگری قابل توجه انتخاب شده است.

تحقیقات بینارشته‌ای دکتر خادم حسینی، بیش از ۷۰ جایزه بزرگ بین‌المللی را دریافت کرده‌اند. او جایزه “PECASE” را دریافت کرده است که بالاترین افتخاری است که توسط دولت آمریکا به پژوهشگران در مراحل اولیه شغلی آنها اعطا می‌شود. خادم حسینی در سال ۲۰۰۷، توسط مجله “Review Technology” به عنوان یکی از برترین نوآوران جوان جهان و دریافت‌کننده جایزه “مبتکران زیر ۳۵ سال”(TR۳۵) معرفی شد.

خادم حسینی در سال ۲۰۱۱، جایزه “Pioneers of Miniaturization Prize” را از “انجمن سلطنتی شیمی”(RSC) برای نقش خود در مهندسی بافت و ارائه میکروسیالات در مقیاس کوچک دریافت کرد. او در سال ۲۰۱۶، جایزه “انجمن مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی آمریکا”(TERMIS-AM) و در سال ۲۰۱۷، “جایزه کلمسون”(Clemson Award) را از “انجمن بیومواد”(SFB) دریافت کرد.

خادم حسینی، عضو “مؤسسه مهندسی پزشکی و مهندسی زیستی آمریکا”(AIMBE)، “انجمن مهندسی پزشکی”(BMES)، “انجمن سلطنتی شیمی”(RSC)، “علم و مهندسی بیومواد”(FBSE)، “انجمن تحقیقات مواد”(MRS)، انجمن “NANOSMAT” و انجمن پیشرفت علم آمریکا”(AAAS) است.

خادم حسینی در سال ۲۰۱۹ به خاطر کار روی هیدروژل‌های نانو و بایو ساختار برای کاربردهای زیست-پزشکی برنده “جایزه مصطفی”(Mustafa Prize) شد. خادم حسینی، عضو “آکادمی بین‌المللی مهندسی پزشکی و بیولوژیکی”(IAMBE)، “انجمن سلطنتی کانادا”(RSC) و “آکادمی مهندسی کانادا”(Canadian Academy of Engineering) است.

دکتر خادم حسینی، علاقه زیادی به تربیت دانشجویان و همراهان علمی مقطع فوق دکتری دارد و به همین دلیل، عنوان استاد برجسته دانشگاه ام‌آی‌تی را دریافت کرد. بیش از ۵۰ نفر از کارآموزان پیشین او، به عنوان هیئت علمی در مؤسساتی از جمله دانشگاه هاروارد، “بیمارستان عمومی ماساچوست”(Mass General)، بیمارستان بریگام و زنان، “دانشگاه کالیفرنیا-ریورساید”(UC Riverside)، “دانشگاه ایالتی آریزونا”(ASU)، “دانشگاه ای اند ام تگزاس”(Texas A&M)، “دانشگاه پیتسبرگ”(University of Pittsburgh)، موسسه پژوهشی “INSERM”، “دانشگاه نورث ایسترن”(NEU)، “دانشگاه هانیانگ”(Hanyang University)، “دانشگاه ملی سنگاپور”(NUS) و “دانشگاه چینهوا”(Tsinghua University) پذیرفته شده‌اند.

در این گزارش، به بررسی برخی از جدیدترین پژوهش‌های دکتر علی خادم حسینی و همکارانش می‌پردازیم.

برچسب هوشمند قابل چاپ برای ترمیم زخم

انسان‌ها ممکن است به دلایل گوناگونی، زخم‌های فیزیکی را تجربه کنند؛ از خراش‌های جزئی و ساییدگی گرفته تا اثرات جراحی، آسیب‌های جدی، سوختگی و سایر آسیب‌های بزرگ. روند بهبودی این زخم ها نیز می‌تواند میان افراد مختلف، متفاوت باشد و ممکن است تحت تأثیر مشکلات زمینه‌ای مانند نارسایی عروقی، دیابت، چاقی و سن بالا قرار بگیرد. در موارد شدید، فرآیندهای غیرعادی ترمیم زخم می‌توانند به بروز زخم‌های مزمن منجر شوند و به طور چشمگیری بر تحرک، کیفیت زندگی و هزینه‌های مراقبت بهداشتی تاثیر بگذارند.

روند عادی بهبود زخم، شامل مجموعه‌ای پیچیده از چهار مرحله متمایز است. پلاکت‌های خون طی مراحل اولیه بهبود زخم، به تولید مولکول‌هایی می‌پردازند که رگ‌های خونی را منقبض می‌کنند و انواع دیگر سلول‌ را به محل آسیب‌دیده انتقال می‌دهند. این سلول‌های اضافی، عوامل بیماری‌زا را در ناحیه زخم از بین می‌برند و به بهبود زخم و تشکیل رگ‌های خونی کمک می‌کنند. در مراحل بعدی، رشد عروق خونی و اتصالات میان آنها بیشتر توسعه می‌یابد و سایر سلول‌های سطحی، به محل زخم می‌روند. در مرحله آخر، ترمیم ادامه می‌یابد تا در نهایت، “جای زخم” یا “اسکار”(scar) تشکیل شود.

درمان‌های موجود برای بهبود زخم‌ها، روش‌هایی مانند پانسمان، داروهای ضد التهاب و مبتنی بر فاکتور رشد و روش‌های مبتنی بر فراصوت را در بر دارند. با وجود این، حتی در بهترین شرایط نیز میانگین زمان بسته شدن کامل زخم با استفاده از این روش‌ها، حدود ۱۲ هفته است.

یک گروه پژوهشی از موسسه “تراساکی” با همکاری دکتر خادم حسینی، نوعی برچسب هوشمند و انعطاف‌پذیر ابداع کرده‌اند که می‌تواند چالش‌های بهبود زخم را برطرف کند و ویژگی‌های منحصربه‌فرد بسیاری داشته باشد.

پژوهشگران ابتدا نانوسیم‌های نقره را به‌عنوان الکترود انتخاب کردند که نه تنها خواص ضدباکتریایی دارند، بلکه رسانایی بالایی را تحت فشار ایجاد می‌کنند. سپس، آنها تصمیم گرفتند که الکترودها را در “آلژینات”(alginate) قرار دهند. آلژینات، ماده‌ای ژلاتینی است که سطح رطوبت و زیست‌سازگاری را به خوبی حفظ می‌کند و در حال حاضر در پانسمان‌های جاذب استفاده می‌شود.

پژوهشگران با اصلاح شیمیایی آلژینات و افزودن کلسیم توانستند ماده‌ای ابداع کنند که پایداری و عملکرد الکترود را افزایش می‌دهد. آنها با اصلاحات بیشتر توانستند یک ژل یا جوهر زیستی انعطاف‌پذیر و قابل چاپ دقیق را به دست آورند که از آن می‌توان یک برچسب با انطباق قابل تنظیم و در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف برای زخم‌های متفاوت تولید کرد. علاوه بر این، کلسیمی که به ترکیب اضافه می‌شود، تکثیر و انتقال سلول‌ها به محل زخم را القا می‌کند و به تشکیل رگ‌های خونی می‌انجامد.

پژوهشگران برای ساخت برچسب هوشمند، یک الگو را روی یک صفحه سیلیکونی قرار دادند و سپس، جوهر زیستی روی الگو قرار گرفت. پس از انجماد جوهر زیستی، الگو حذف شد.

ویژگی‌های سودمند برچسب هوشمند، با چندین مجموعه آزمایش تأیید شدند. آزمایش‌ها نشان دادند که برچسب هوشمند، پایداری و بهبود هدایت الکترود را به همراه دارد و تحمل خوبی را در سطح مورد نیاز برای تغییر شکل طبیعی پوست نشان می‌دهد.

آزمایش‌های حیوانی که روی موش‌هایی با زخم باز انجام شد، نشان داد که بهبود زخم به طور قابل‌توجهی با استفاده از برچسب هوشمند محقق شده است. برچسب الکترونیکی نه تنها پیشرفت سریع‌تری را در مراحل ترمیم زخم نشان داد، بلکه روند بهبود جهت‌دارتری نیز داشت که به شکل‌گیری کمترین جای زخم، تشکیل لایه‌های طبیعی پوست و رشد مو پس از بسته شدن زخم انجامید.

خادم حسینی گفت: برچسب هوشمند ما، ترکیبی بی‌سابقه از ویژگی‌های بهبودیافته را برای ترمیم سریع زخم ارائه می‌دهد. این یکی از نمونه‌های بسیار خوب از کارهایی است که ما در پلتفرم شخصی‌سازی‌شده بیومواد خود انجام می‌دهیم.

این پژوهش، در مجله “Biomaterials” به چاپ رسید.

نانوذراتی برای درمان بیماری‌های خودایمنی

توسعه نانوذرات با کاربردهای درمانی بالقوه، حوزه‌ای مورد توجه جامعه علمی در سال‌های اخیر است. همه‌گیری کووید-۱۹ نیز انگیزه رقابت را برای تولید واکسن و غلبه بر بحران ناشی از این بیماری ایجاد کرده است.

این موضوع نشان می‌دهد که نانوفناوری به احتمال زیاد، پایه ایمنی‌درمانی در آینده خواهد بود. علاوه بر این، تعداد پژوهش‌های مبتنی بر نانوسیستم‌ها در سال‌های اخیر افزایش چشمگیری داشته است و انتظار می‌رود که بیشتر نتایج به دست آمده به زودی در مراحل بالینی آزمایش شوند.

پیشرفت‌های اخیر در درمان بیماری‌های سیستمیک مانند اختلالات التهابی، نوآوری در عواملی را شامل می‌شود که می‌توانند سیستم ایمنی را تعدیل کنند. از این نظر، نانوپزشکی به عنوان یک راهبرد موفق برای تولید نانومواد مهندسی‌شده ظاهر شده است که می‌تواند اندام‌ها یا بافت‌های خاصی را هدف قرار دهد و در عین حال، از ارائه عوامل درمانی با اثرات نامطلوب سرکوب‌کننده یا تحریک‌کننده سیستم ایمنی جلوگیری کند.

استفاده درمانی از نانوذرات برای مقابله با بیماری‌های مختلف مانند سرطان، آلرژی یا بیماری‌های خودایمنی، به ویژگی‌های آنها، اهداف آنها و مولکول‌های منتقل‌شده بستگی دارد.

پژوهش دکتر خادم حسینی و همکارانش، یک تحلیل عمیق را در مورد پیشرفت‌های اخیر ارائه می‌کند که به منظور دستیابی به روش‌های مبتنی بر نانوذرات درمان آلرژی‌ها، بیماری‌های خودایمنی و استفاده از آنها در واکسن‌ها ایجاد شده‌اند.

این گروه پژوهشی تاکید دارند که با ارائه هدفمند نانوذرات، می‌توان به افزایش پتانسیل واکسن‌ها برای القای پاسخ ایمنی در آینده امیدوار بود. تجزیه و تحلیل آنها نشان می‌دهد که نانوفناوری، اساس ایمنی‌درمانی در آینده خواهد بود.

تأثیر این نانوذرات بر واکنش ایمنی و استفاده از آنها برای اهداف درمانی، به ماهیت آنها از جمله ترکیب، اندازه، سفتی، شکل و زبری بستگی دارد و همچنین، برچسب‌گذاری و هدف‌ مورد نظر آنها و محموله‌ای که حمل می‌کنند را در بر می‌گیرد.

یکی از پژوهش‌های خادم حسینی و همکارانش در حوزه نانوذرات، بررسی نانوذرات مبتنی بر “لاپونیت”(Laponite) برای دارورسانی است. لاپونیت، ماده‌ای بر پایه خاک رس است که ویژگی‌های آن، ترکیب و انحلال بیومولکول‌ها را در سیستم‌های دارورسانی مبتنی بر لاپونیت ممکن می‌سازند.

علاوه بر این، ویژگی‌ها و ساختار ذاتی فیزیکوشیمیایی لاپونیت، توسعه سیستم‌های دارورسانی پاسخگو به پی‌اچ قابل تنظیم را ممکن می‌سازد. ظرفیت انعقاد لاپونیت و قابلیت‌های تبادلی آن، کارایی کپسوله‌سازی دارو و مشخصات رهاسازی آن را تعیین می‌کنند. این پارامترها برای طراحی پلتفرم‌های دارورسانی کنترل‌شده و مؤثر به منظور رهاسازی پایدار دارو مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خادم حسینی و همکارانش در این پژوهش، یک نمای کلی از نحوه طراحی دارورسانی کارآمد را با استفاده از ویژگی‌های لاپونیت ارائه داده‌اند.

این پژوهش، در مجله “Biomaterials Advances” به چاپ رسید.

ایمنی‌درمانی با نانوذرات سلولزی مودار

سالانه میلیون‌ها نفر در سراسر جهان به سرطان مبتلا می‌شوند. بیش از ۳۹ درصد از مردان و زنان در طول عمر خود به سرطان مبتلا می‌شوند. شیمی‌درمانی، رایج‌ترین و استانداردترین روش درمان سرطان است و دارورسانی هدفمند به محل تومور می‌تواند اثربخشی درمان را افزایش دهد. با وجود این، داروهای اضافی ممکن است همچنان در بقیه قسمت‌های بدن گردش داشته باشند و عوارض جانبی متعددی از جمله کم‌خونی، عفونت‌های مزمن، ریزش مو، یرقان و تب را ایجاد کنند.

برخی از پژوهش‌ها، روش‌هایی را برای حذف داروهای شیمی‌درمانی ناخواسته پیشنهاد داده‌اند؛ به ویژه داروی پرمصرف “دوکسورابیسین”(Doxorubicin) برای رسیدن به این منظور آزمایش شده اما این روش، به ایجاد سطوح ناکافی از دوکسورابیسین منجر شده است.

خادم حسینی و گروهش با همکاری پژوهشگران “دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا”(Penn State)، روشی را برای غلبه بر این چالش‌ها ارائه داده‌اند.

این پژوهش، روشی مبتنی بر نانوبلورهای سلولزی مودار را پیشنهاد می‌کند. این نانوذرات که از اجزای اصلی دیواره‌های سلولی گیاه ابداع شده‌اند، به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که تعداد زیادی ساختار مشابه مو از هر پایانه آنها امتداد یافته‌اند. این موها، ظرفیت جذب دارو را در نانوبلورها، به میزان قابل توجهی فراتر از نانوذرات معمولی و سایر مواد افزایش می‌دهند.

پژوهشگران برای تولید نانوبلورهای سلولزی مودار که قادر به جذب داروهای شیمی‌درمانی هستند، الیاف سلولزی موجود در خمیر چوب را تحت تاثیر یک روش شیمیایی قرار دادند و بار منفی روی موها ایجاد کردند تا آنها را در برابر مولکول‌های باردار موجود در خون پایدار کنند. این کار، مشکلات موجود در نانوذرات معمولی را اصلاح می‌کند تا بار آنها در مواجهه با خون، خنثی شود یا کاهش یابد. بدین ترتیب، تعداد مولکول‌های دارویی با بار مثبت که می‌توانند به آنها متصل شوند را محدود می‌کند.

این پژوهش، در مجله “Materials Today Chemistry” به چاپ رسید.

ترانزیستورهای سه‌بعدی برای ثبت وقایع درون سلول

تولید پالس الکتریکی و هدایت آن در سلول‌ها یا شبکه‌های سلولی، پایه الکتروفیزیولوژی است. با وجود این، پیشرفت در این زمینه با توجه به میزان دقت سنجش و مقیاس‌پذیری فناوری‌های کنونی محدود می‌شود.

خادم حسینی و همکارانش در پژوهش خود، یک پلتفرم مقیاس‌پذیر را توصیف کرده‌اند که از یک آرایه ترانزیستور سه‌بعدی با کارایی بالا استفاده می‌کند تا کمترین تهاجم را برای سلول به همراه داشته باشد.

این گروه پژوهشی، اختراع درون‌سلولی خود را در ساختارهای بافت عضله قلب به کار گرفتند و مسیرهای هدایت سیگنال را نشان دادند. این پلتفرم می‌تواند قابلیت‌های جدیدی را در بررسی رفتارهای سلول‌های منفرد و شبکه‌های سلولی فراهم کند که پیامدهای گسترده‌ای برای درک فیزیولوژی سلولی، آسیب‌شناسی و تعاملات سلول‌ها به همراه دارد.

این پژوهش، در مجله “Nature Nanotechnology” به چاپ رسید.

میکروسوزن‌هایی برای درمان بیماری‌های حاد چشمی

 خادم حسینی و همکارانش، نوعی میکروسوزن جدید برای تزریق دارو به چشم ابداع کرده‌اند که ممکن است بتواند یکی از چالش‌های بزرگ درمان بیماری‌های چشمی را برطرف سازد، امکان دارورسانی دقیق به شبکیه چشم را فراهم کند و در عین حال، از بروز عوارض احتمالی در محل تزریق جلوگیری به عمل آورد.

این پژوهش، مجموعه‌ای از شواهد پیش‌بالینی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهند این میکروسوزن ابتکاری و زیست‌تخریب‌پذیر که با دارو بارگیری شده است تا آن را پس از وارد شدن به کره چشم منتشر کند، می‌تواند به هیدروژل ویژه‌ای نیز مجهز شود که به طور هم‌زمان سوراخ ایجادشده با سوزن را ببندد. علاوه بر این، این میکروسوزن را می‌توان در طول‌های مختلفی ساخت تا بتوان دارورسانی را به صورت دقیق انجام داد و دارو را به بافت‌های شبکیه یا سایر نواحی داخل کره چشم منتقل کرد.

خادم حسینی گفت: این پیشرفت جدید در دارورسانی می‌تواند از بروز آسیب‌های ناشی از سوزن هنگام درمان بیماری‌های جدی چشم جلوگیری کند. این یکی از نوآوری‌های ساده، در عین حال موثر و تاثیرگذار موسسه ما است که بر انتقال نتایج مهندسی پزشکی به واقعیت‌های بالینی تمرکز دارد.

دو پوشش میکروسوزن پیش از اینکه در معرض آزمایش‌های اعتبارسنجی برای دارورسانی قرار بگیرند، مورد بررسی قرار گرفتند و استحکام آنها آزمایش شد. بررسی‌های اولیه آزمایشگاهی با استفاده از میکروسوزن‌های بارگذاری‌شده با دارو، تحویل تقریبا کامل دارو را طی یک دوره ۲۴ ساعته نشان داد. آزمایش‌های مشابهی که با استفاده از میکروسوزن‌های بارگذاری‌شده با رنگ، در کره چشم خوک انجام شدند، انتشار رنگ را در فاصله مناسب برای تزریق به کره چشم نشان دادند.

اندازه‌گیری فشار داخلی کره چشم خوک‌های پرورش‌یافته نشان داد که پس از استفاده از میکروسوزن‌ها، تقریبا هیچ تغییری در فشار چشم وجود ندارد.

آزمایش‌های بیشتر، رهاسازی رنگ از میکروسوزن‌ها را در کره چشم خرگوش و خوک بررسی کردند. برش‌های بافت کره چشم نشان داد که فاصله توزیع رنگ از محل درج سوزن، با طول سوزن تناسب دارد و قابلیت‌های کنترل انتقال دارو را نشان داد. هیچ نشانه‌ای از التهاب یا اختلال در بافت محل تحت درمان وجود نداشت.

این پژوهش، در مجله “Advanced Healthcare Materials” به چاپ رسید.