ساخت قلب هایی به اندازه ی کنجد از سلول های بنیادی

ساشا ماندیان زیست شناس آکادمی علوم اتریش در وین و تیم او، از سلول های بنیادی پرتوان برای رشد مدل های قلب به اندازه ی دانه های کنجد، به نام کاردیدویید ها استفاده کردند. این سلول ها بصورت خودبخودی و بدون نیاز به داربست آزمایشی، خود سازماندهی کرده و فضا های خالی قلب را میسازند. این پیشرفت که شروع تولید نزدیک ترین مدل های قلبی به واقعیت است، در 20 مه در ژورنال سلول منتشر شده

در گذشته دانشمندان ارگانویید های قلبی سه بعدی را با استفاده از مهندسی بافت ساخته اند. روشی که بطور کلی شامل سر هم کردن سلول ها و داربست هاست و مانند ساختن خانه بوسیله ی آجر است. اما پاسخ فیزیولوژیکی این ارگانویید های مهندسی شده به آسیب، با پاسخ قلب انسانی متفاوت است و در نتیجه مدل مناسبی برای آزمایشات مربوط به بیماری ها نیست.

مهندسی بافت در بسیاری از مباحث مفید است. بطور مثال برای اندازه گیری انقباضات. ولی در طبیعت ارکان ها اینطور ساخته نمیشوند. در رحم، ارگان ها بطور خودبخود و طی پروسه ای به نام خود سازماندهی، تکوین میابند. حین تکوین و زمانی که ساختار یک ارگان پدید آمده و رشد میکنند، اجر های سلولی باهم برهمکنش داشته و به اطراف حرکت میکنند، تغییر شکل میدهند.

خود سازماندهی، فرآیندی ست که طی آن دانه های برف شکل میگیرند. این فرآیند به سختی مهندسی میشود چون ظاهرا هیچ نقشه ای برای آن وجود ندارد ولی در آخر ساختاری بسیار منظم و مستحکم حاصل میشود. خود سازماندهی ارگان ها بسیار پویاست و هنوز درباره ی بخش های زیادی از آن اطلاعات کامل نداریم. ما معتقدیم، دلیل اینکه بیماری ها هنوز به درستی مدلسازی نشده اند، یک جادوی پنهان تکوینی است.

ماندیان و تیم او قصد داشتند تا تکوین به وسیله ی خود سازماندهی را در یک ظرف آزمایشگاهی شبیه سازی کنند. انها با فعال کردن 6 مسیر پیامرسانی مربوط به تکوین قلب جنین، با ترتیبی مشخص، سلول های بنیادی را تحریک به خود سازماندهی کردند. به محض تمایز سلول ها، آنها لایه های جداگانه و مشابه ساختار دیواره ی قلب را شکل دادند. پس از یک هفته تکوین، این ارگانویید ها به یک ساختار سه بعدی تبدیل شدند که یک حفره ی بسته داشت. یک مسیر رشدی مشابه قلب انسان. علاوه بر آن، تیم متوجه شدند که دیواره ی این کاردیدویید بصورت منظم منقبض شده و مایع را به بخش داخلی این حفره، میرساند.

اینطور نیست که ما کاری متفاوت با سایر محققین انجام دهیم ولی ما از تمام پیام هایی که تابحال شناخته شده اند استفاده کرده ایم. ماندیان اضافه کرد که همه ی مسیر ها برای تبدیل سلول های بنیادی به سلول های قلبی نیاز نیستند. پس درواقع برای آزمایشات In-vivo خیلی ضروری نیستند اما مشخص شد که تمام این مسیر ها ضروری اند و برای خود سازماندهی سلول ها و تبدیل آنها به یک عضو لازم هستند.
همچنین این تیم پاسخ کاردیدویید ها را به آسیب های بافتی نیز بررسی کرد. آنها از یک میله ی استیل سرد برای فریز بخش هایی از قلب های مینیاتوری استفاده کردند و سلول های زیادی را در آن بخش از بین بردند. مرگ سلولی بطور معمول پس از آسیب هایی مانند سکته ی قلبی مشاهده میشود. دانشمندان بلافاصله پس از این آسیب فیبروبلاست ها که مسئول ترمیم زخم هستند را مشاهده کردند که به محل ایجاد زخم مهاجرت کرده و به ترمیم آن پرداختند.

ما میخواهیم مدل های قلب انسانی را طراحی کنیم که بصورت طبیعی تری تکوین میابند و در نتیجه میتوان برای بیماری ها روی آنها برنامه ریزی کرد. به این صورت شرکت ها از وارد کردن دارو های بیشتر به کارآزمایی بالینی استقبال خواهند کرد چون در این صورت خروجی بسیار مطمئن تری خواهند داشت.

این تیم برنامه هایی برای رشد ارگانویید های قلبی با چند حفره را مانند آنچه درباره ی قلب انسان وجود دارد را دارد. بسیاری از بیماری های قلبی مادرزادی زمانی آغاز میشوند که حفره های قلبی شروع به شکل گیری میکنند. پس مدل های چند حفره ای میتوانند به پزشکان برای درک بهتر ایجاد اختلالات در جنین ها کمک کنند.

منبع خبر