دانشمندان موفق به ساخت اندام‌های مینیاتوری در آزمایشگاه شده‌اند که برای نخستین بار، توانایی رشد رگ‌های خونی خود را دارند. این اندامک‌ها که شبیه قلب، کبد، ریه و روده انسان هستند، می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای در مطالعات رشد انسانی و آزمایش داروها داشته باشند. این پیشرفت انقلابی، محدودیت‌های قبلی مدل‌های بی‌عروق را از میان برداشته و امکان ساخت اندام‌های زنده‌تر و واقعی‌تر را فراهم کرده است.
به گزارش ایسنا، پژوهشگران در حال ساخت اندام‌های مینیاتوری در آزمایشگاه با پیچیدگی فزاینده‌ای هستند و اکنون این اندام‌ها می‌توانند رگ‌های خونی خودشان را رشد دهند. این ساختارها، که شبیه‌سازی از قلب، کبد، ریه و روده هستند، از پیچیده‌ترین مدل‌های رشد انسانی هستند که تاکنون ساخته شده‌اند و شامل جمعیت‌های سلولی و ساختارهایی می‌شوند که پیش‌تر در این مدل‌ها دیده نشده بود.
به نقل از نیچر، ریوجی موریزانه (Ryuji Morizane)، نفرولوژیست و زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در بیمارستان عمومی ماساچوست در بوستون می‌گوید: رگ‌سازی در اندامک‌ها، موضوع حائز اهمیتی است.
ساختارهای سه‌بعدی مینیاتوری سلولی، که به آنها اندامک (organoid) گفته می‌شود، سال‌هاست که برای آزمایش دارو و مطالعه بیماری‌ها و رشد مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما بیشتر اندامک‌ها فاقد رگ‌هایی هستند که خون، مواد مغذی و اکسیژن را در بدن منتقل می‌کنند؛ و این موضوع باعث محدود شدن اندازه، عملکرد و بلوغ آنها شده است. به‌طور مثال، کلیه‌ها برای تصفیه خون و تولید ادرار نیاز به رگ دارند و ریه‌ها برای تبادل اکسیژن و دی‌اکسیدکربن به آنها وابسته‌اند.
ماه گذشته، در دو مقاله جداگانه دو گروه پژوهشی گزارش دادند که موفق به ساخت اندامک‌های رگ‌دار با استفاده از رویکردی جدید که از مراحل ابتدایی رشد، این رگ‌ها را همزمان با سایر بافت‌های اندام رشد می‌دهد، شده‌اند. پژوهشگران با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان (pluripotent) که می‌توانند به تقریبا هر نوع سلولی در بدن تبدیل شوند سلول‌ها را به شکلی هدایت کردند که هنگام ساخت بافت اندام، همزمان رگ‌ها را هم شکل دهند.
اسکار آبیلز (Oscar Abilez)، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا و نویسنده مشترک مقاله قلب و کبد می‌گوید: این مدل‌ها واقعا قدرت این استراتژی را نشان می‌دهند.
مطالعات اولیه
اولین تلاش‌ها برای رگ‌دار کردن اندامک‌ها شامل رشد بافت رگ خونی در ظرف آزمایشگاهی و سپس ترکیب آن با دیگر انواع سلول برای تشکیل ساختارهایی به نام «آسمبلوید» (assembloid) بود. اما این مدل‌ها همچنان در شبیه‌سازی ساختار و بلوغ اندام‌های واقعی محدودیت داشتند.
پژوهشگران این رویکرد جدید را به‌طور تصادفی کشف کردند. در حین رشد سلول‌های اپیتلیال که لایه بیرونی برخی اندام‌ها و بافت‌ها را تشکیل می‌دهند، چندین گروه پژوهشی، از جمله گروهی در دانشگاه میشیگان، گزارش کردند که اندامک‌های آنها به‌طور خودبه‌خودی سلول‌هایی غیر از اپیتلیال را هم شکل داده‌اند؛ سلول‌هایی از نوعی که پوشش داخلی رگ‌های خونی را تشکیل می‌دهند. این سلول‌ها معمولا به‌عنوان «آلودگی» در نظر گرفته می‌شوند که باید حذف شوند، اما گروه آن آربور تصمیم گرفت این آلودگی را در اندامک‌های روده‌ای تقویت کند.
بر پایه این کشف غیرمنتظره، ییفی میائو (Yifei Miao)، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در موسسه جانورشناسی آکادمی علوم چین در پکن و همکارانش تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا می‌توانند رشد همزمان هر دو نوع سلول یعنی اپیتلیال و رگ‌ساز را از مرحله آغازین در یک ظرف کنترل کنند یا خیر و این کار را با اندامک‌های ریه و روده آغاز کردند.
در مراحل ابتدایی رشد، سلول‌های اپیتلیال و رگ‌ساز به محرک‌های مولکولی کاملا متضادی برای رشد نیاز دارند. میائو می‌گوید: شما یا می‌توانید یکی را حفظ کنید یا دیگری را؛ بنابراین طبیعی بود که نتوانند با هم رشد کنند. او و همکارانش روشی برای زمان‌بندی دادن به ترکیبی از مولکول‌ها یافتند تا هر دو نوع بافت از سلول‌های بنیادی همزمان شکل بگیرند.
قلب و ریه‌ها
اندامک‌های ریه‌ی حاصل، هنگامی که در مدل‌های موش پیوند زده شدند، به انواع متنوعی از سلول‌ها بالغ شدند که از جمله آنها سلول‌های منحصربه‌فردی بود که در آلوئول (کیسه‌های هوا)، یافت می‌شود.
وقتی پژوهشگران این سلول‌ها را روی داربست سه‌بعدی قرار دادند، آنها به‌صورت خودبه‌خود ساختارهایی شبیه آلوئول ساختند، که نشان می‌دهد حضور سلول‌های رگ‌دار به اندامک‌ها کمک کرده تا بافت پیچیده‌تری با تنوع سلولی بیشتری بسازند. جوزف پنینگر (Josef Penninger)، مهندس ژنتیک در مرکز تحقیقات عفونت هلمهولتز در آلمان می‌گوید: این موضوع واقعا برای من جالب بود. این گروه از روش مشابهی برای ساخت اندامک‌های روده با سلول‌های رگ‌دار استفاده کرد.
آبیلز نیز از روشی مشابه برای رشد قلب‌های کوچک در ظرف استفاده کرد و اندامک‌ها سلول‌هایی معمول برای ماهیچه، رگ و حتی اعصاب شکل دادند. رگ‌ها به شاخه‌های بسیار ظریفی تقسیم شدند که به درون انواع مختلف سلول‌ها در قلب اولیه نفوذ کردند. استفاده از این رویکرد برای ساخت اندامک‌های کبدی نیز منجر به تولید فراوان سلول‌های رگی شد که شاخه‌های نازکی تشکیل دادند.
اما این اندامک‌ها هنوز فقط مراحل ابتدایی رشد جنینی را نشان می‌دهند. پنینگر می‌گوید، در نهایت، برای ساخت اندامک‌هایی که مانند اندام‌های واقعی عمل کنند، هم آسمبلویدها و هم روش رشد همزمان لازم خواهند بود. برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران باید بتوانند رگ‌های خونی بزرگ‌تری همراه با بافت‌ها و ساختارهای حمایتی لازم و همچنین رگ‌های سیستم لنفاوی که مایعات را به درون اندام‌ها آورده و ضایعات را خارج می‌کنند، رشد دهند. هنگامی که رگ‌ها ساخته شدند، چالش بعدی ایجاد جریان خون خواهد بود.
منبع: ایسنا