علماء يبتكرون أول عضو في القلب قادر على إنتاج الدم
نيسان ـ نشر في 2024-12-12 الساعة 12:20
x
نيسان ـ إن إنتاج الأعضاء أمر معقد، يتطلب إضافة العناصر الغذائية اللازمة، وعوامل النمو، وجزيئات الإشارة بتسلسل محدد وفي أوقات معينة وفق جدول زمني دقيق.
وفي عام 2021، نجح فريق البحث بقيادة الدكتور روبرت زويغردت، عالم الأحياء الخلوية في مختبرات أبحاث لايبنيز للتكنولوجيا الحيوية في كلية الطب في هانوفر، لأول مرة في إنتاج عضو مكوّن للقلب (HFO) وإعادة إنتاج المسار بالكامل إلى المرحلة المبكرة من قلب الإنسان في زراعة الخلايا.
لكن كانت إحدى المشكلات، التي لم تُحَل في العلوم، هي تطوير نموذج يحاكي نمو القلب وتكوين الدم معاً.
تكوين الدم البشري
واستلهاماً لعملية تكوين الدم في الجنين البشري، والتي تبدأ بعد الأسبوع الـ 4 في الشريان الأورطي، في وقت قريب من وقت ومكان نمو القلب؛ أضاف الباحثون حديثاً نقلة علمية جديدة.
وقد نشرت نتائج الأبحاث الجديدة في مجلة "نيتشر سيل بيولوجي"، وفيها أضاف الباحثون تدريجياً عوامل خاصة، وبالتالي أوجدوا عضو قلب جديد مولّد للدم.
وكما هو الحال في التطور الجيني الطبيعي، يتكون القلب المصغر الاصطناعي من 3 طبقات على شكل كوب، ويشمل الخلايا الأولية للقلب، والخلايا السلفية للكبد والرئتين والأوعية الدموية.
وتقول الدكتورة ميريانا داردانو الباحثة الأولى في الدراسة: "لقد قمنا الآن بتكييف بروتوكول التمايز الخاص بنا، أي تعليماتنا التجريبية الخاصة، وأضفنا طبقة بطانية كثيفة إلى العضو القلبي، الذي يبطن الأوعية الدموية والتي تنشأ منها الخلايا المكوّنة للدم والخلايا السلفية".
وتوضح داردانو: "هذا هو أول نموذج عضو بشري من نوعه يجمع بين جميع الأنسجة وفقاً للتطور في الجنين".
نمو الأنسجة كما في الجنين
وبحسب "مديكال إكسبريس"، يتم إنشاء القلوب الصغيرة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات البشرية (hPSC). هذه خلايا ذات خصائص خاصة: يمكن أن تنتشر إلى أجل غير مسمى في المزرعة وتشكل أي نوع من الخلايا.
وبمساعدة الإشارات البيولوجية أو الكيميائية المضمنة في مصفوفة هيدروجيل، يمكن التحكم في الخلايا الجذعية متعددة القدرات البشرية بطريقة تجعل التجمعات الخلوية ثلاثية الأبعاد تتطور إلى عضويات قلبية في غضون 10 إلى 14 يوماً.
وهذه ليست مجموعات من خلايا عضلة القلب، بل هي هياكل معقدة تتكون من 7 أنواع مختلفة على الأقل من الخلايا والأنسجة ذات البنية الواضحة.
فوائد هذا التطوير
وتشرح الدكتورة ليكا دراكليس الباحثة المشاركة: "تمكن دراستنا الآن الباحثين الآخرين من التحقيق في زراعة الخلايا، كيف يحدث التفاعل بين الأنسجة في تكوين الدم".
وبذلك يقدم هذا التطور العلمي صورة مقربة وأكثر وضوحاً للعلماء عن كيفية إصابة الأعضاء، وتحديداً القلب في هذه الحالة، بالأمراض.
وتضيف دراكليس: "يمكن أيضاً التحقيق في العدوى بالفيروسات أو البكتيريا الأخرى أو السرطان أو التشوهات الناجمة عن العيوب الجينية في طبق زراعة الخلايا داخل المختبر، لفهم وعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية بشكل أفضل".
كما تعتبر هذه الأعضاء التي يتم تطويرها في المختبر مناسبة أيضاً لاختبار العوامل الدوائية.
وتفسر دراكليس السبب: "في بعض الحالات، يعمل هذا بشكل أفضل من النماذج الحيوانية، مثلاً، لأن حيوانات المختبر تخضع لتأثيرات بيولوجية أخرى، ولا يمكن نقل النتائج إلى البشر إلا إلى حد محدود".
وفي عام 2021، نجح فريق البحث بقيادة الدكتور روبرت زويغردت، عالم الأحياء الخلوية في مختبرات أبحاث لايبنيز للتكنولوجيا الحيوية في كلية الطب في هانوفر، لأول مرة في إنتاج عضو مكوّن للقلب (HFO) وإعادة إنتاج المسار بالكامل إلى المرحلة المبكرة من قلب الإنسان في زراعة الخلايا.
لكن كانت إحدى المشكلات، التي لم تُحَل في العلوم، هي تطوير نموذج يحاكي نمو القلب وتكوين الدم معاً.
تكوين الدم البشري
واستلهاماً لعملية تكوين الدم في الجنين البشري، والتي تبدأ بعد الأسبوع الـ 4 في الشريان الأورطي، في وقت قريب من وقت ومكان نمو القلب؛ أضاف الباحثون حديثاً نقلة علمية جديدة.
وقد نشرت نتائج الأبحاث الجديدة في مجلة "نيتشر سيل بيولوجي"، وفيها أضاف الباحثون تدريجياً عوامل خاصة، وبالتالي أوجدوا عضو قلب جديد مولّد للدم.
وكما هو الحال في التطور الجيني الطبيعي، يتكون القلب المصغر الاصطناعي من 3 طبقات على شكل كوب، ويشمل الخلايا الأولية للقلب، والخلايا السلفية للكبد والرئتين والأوعية الدموية.
وتقول الدكتورة ميريانا داردانو الباحثة الأولى في الدراسة: "لقد قمنا الآن بتكييف بروتوكول التمايز الخاص بنا، أي تعليماتنا التجريبية الخاصة، وأضفنا طبقة بطانية كثيفة إلى العضو القلبي، الذي يبطن الأوعية الدموية والتي تنشأ منها الخلايا المكوّنة للدم والخلايا السلفية".
وتوضح داردانو: "هذا هو أول نموذج عضو بشري من نوعه يجمع بين جميع الأنسجة وفقاً للتطور في الجنين".
نمو الأنسجة كما في الجنين
وبحسب "مديكال إكسبريس"، يتم إنشاء القلوب الصغيرة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات البشرية (hPSC). هذه خلايا ذات خصائص خاصة: يمكن أن تنتشر إلى أجل غير مسمى في المزرعة وتشكل أي نوع من الخلايا.
وبمساعدة الإشارات البيولوجية أو الكيميائية المضمنة في مصفوفة هيدروجيل، يمكن التحكم في الخلايا الجذعية متعددة القدرات البشرية بطريقة تجعل التجمعات الخلوية ثلاثية الأبعاد تتطور إلى عضويات قلبية في غضون 10 إلى 14 يوماً.
وهذه ليست مجموعات من خلايا عضلة القلب، بل هي هياكل معقدة تتكون من 7 أنواع مختلفة على الأقل من الخلايا والأنسجة ذات البنية الواضحة.
فوائد هذا التطوير
وتشرح الدكتورة ليكا دراكليس الباحثة المشاركة: "تمكن دراستنا الآن الباحثين الآخرين من التحقيق في زراعة الخلايا، كيف يحدث التفاعل بين الأنسجة في تكوين الدم".
وبذلك يقدم هذا التطور العلمي صورة مقربة وأكثر وضوحاً للعلماء عن كيفية إصابة الأعضاء، وتحديداً القلب في هذه الحالة، بالأمراض.
وتضيف دراكليس: "يمكن أيضاً التحقيق في العدوى بالفيروسات أو البكتيريا الأخرى أو السرطان أو التشوهات الناجمة عن العيوب الجينية في طبق زراعة الخلايا داخل المختبر، لفهم وعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية بشكل أفضل".
كما تعتبر هذه الأعضاء التي يتم تطويرها في المختبر مناسبة أيضاً لاختبار العوامل الدوائية.
وتفسر دراكليس السبب: "في بعض الحالات، يعمل هذا بشكل أفضل من النماذج الحيوانية، مثلاً، لأن حيوانات المختبر تخضع لتأثيرات بيولوجية أخرى، ولا يمكن نقل النتائج إلى البشر إلا إلى حد محدود".
