مهندسی بافت: چگونه یک قلب بسازیم؟!

5

«دوریس تایلور» در پژوهشکده قلب تگزاس، مدیر تحقیقات بازسازی است، مردم به او لقب جالبی داده‌اند: دکتر فرانکشتاین. با این وجود او اهمیتی به این مسئله نمی‌دهد، چرا که خودش اعتقاد دارد کاری که می‌کند با این لقب متناسب است!

07-04-2013 10-20-00 AM

دوریس، قلب و ریه افراد مرده را برمی‌دارد، سلول‌های آنها را برمی‌دارد و سلول‌ها تازه‌ای در آنها می‌کارد، با این امید که این اعضای بازسازی شده قادر به طپش یا تنفس مجدد باشند.

دوریس جزو گروهی از محققان است که دنبال راه‌هایی برای ساخت اعضای کامل بدن است، اعضایی که بدون خطر رد پیوند از سوی سیستم ایمنی بدن میزبان، قابل پیوند در بدن بیماران نیازمند باشند. راهبرد کلی ساخت اعضا ساده به نظر می‌آید، نخست باید همه سلول‌های عضو مرده، برداشته بشود، نیازی نیست که عضو حتما از بدن یک انسان برداشته شده باشد و می‌تواند از بدن یک حیوان هم برداشته شده باشد، چیزی که بعد از زدودن سلول‌ها باقی می‌ماند یک داربست پروتئینی است، حالا می‌شود سلول‌های بنیادی که از نظر ایمنی با بدن میزبان سازگار هستند، روی این داربست قرار داد و کشت داد.

همین! با همین کار دیگر مشکل اعضای پیوندی در دنیا حل می‌شود!

سفارش طراحی سایت در کارلنسر با قیمت توافقی
لیزر هموروئید درمان بواسیر در کلینیک تخصصی هموروئید تهران

07-04-2013 10-08-57 AM

اما در مقام عمل، این فرایند، با چالش‌های عمده‌ای روبرو است. در مورد اعضایی مثل مثانه یا نای، این کار به مراتب ساده‌تر است و دانشمندان تا حالا به موفقیت‌های خوبی دست یافته‌اند. اما کار دشوار، ایجاد اعضای توپری مثل کلیه یا ریه است، برای تولید این اعضا باید دسته‌های مختلفی از سلول‌ها را در محل مناسب رشد داد، همزمان با این کار هم باید شبکه کامل و پیچیده‌ای از عروق خونی را هم در داخل عضو رشد شد، تا سلول‌ها قادر به زندگی باشند.

چیزهای دیگری هم باید رعایت شوند، عضو باید استریل و عاری از آلودگی باشد و بتواند در صورت پیوند در بدن یک بیمار جوان، رشد کند یا دست‌کم قادر به ترمیم خود باشد، این عضو باید عملکرد داشته باشد، آن هم برای یک عمر.

قلب سومین عضو مورد نیاز برای پیوند بعد از کلیه و کبد است، در آمریکا یک فهرست انتظار ۳۵۰۰ نفری برای قلب پیوندی وجود دارد. همین امر انگیزه برای ساخت قلب‌هایی به این سبک را زیاد می‌کند، اما هم پیوند و هم مهندسی زیستی آن، بسیار دشوار و چالش‌‌برانگیز است:
– قلب باید بتواند به صورت دائم، هر روز ۷ هزار لیتر خون را پمپ کند.
– قلب حفرات و دریچه‌هایی دارد که باید به دقت ساخته شوند.
– قلب چندین نوع سلول تخصصی دارد، که سلول‌های ماهیچه قلب یا کاردیومیوسیت نامیده می‌شوند.

پیدا کردن قلب اهدایی سالم بسیار دشوار است، چرا که بیماری‌های افراد درگذشته و تلاش برای احیای آنها، باعث آسیب قلب‌ها می‌شود و باعث می‌شود خیلی به ندرت بتوان یک قلب سالم از آدم‌های فوت شده پیدا کرد، همین امر انگیزه برای ساخت قلب را با مهندسی زیستی بیشتر می‌کند.

دوریس تالیور، رهبری تعدادی از آزمایشات موفق برای ساخت قلب در موش‌ها را برعهده داشته است، او در مورد غلبه بر چالش‌های راه، خوشبین است. اما در مقابل بعضی از افراد هم امید چندانی ندارند. پائولو ماچیارینی یک جراح قفسه سینه در پژوهشکده کارولینسکا در استکهلم است، او تا حالا چند نای را که با مهندسی زیستی ساخته شده‌اند، پیوند زده است، او معتقد است که گرچه پیوند اعضای لوله‌ای شکلی مثل نای، مری یا شریان‌ها، معمول خواهد شد، اما به موفقیت ساخت و پیوند اعضای پچیده باور ندارد.

افرادی هم هستند که معتقدند حتی اگر تلاش‌های اولیه شکست بخورند، ما در مسیر این کار، به یافته‌های ارزشمندی خواهیم رسید، مثلا می‌توانیم به شناخت بهتری از سلول‌های قلب برسیم و بتوانیم بهتر بر مشکلات و بیماری‌های قلب غلبه کنیم.


سلول‌زدایی برای ایجاد یک داربست

یک دهه است که زیست‌شناسان قادر به تبدیل سلول‌های بنیادی جنینی به سلول‌های قلبی در لوله‌های آزمایشگاه شده‌اند. با اتصال یک ضربان‌ساز به آنها می‌توان این سلول‌های قلبی مهندسی‌شده را به اجتماعی از سلول‌ها تبدیل کرد که قادر به طپش همزمان باشند و بتوانند این کار را چندین ساعت ادامه دهند.

اما بسیار دشوار است که این سلول‌ها را از لوله‌های آزمایشگاه برداریم و آنها را روی یک داربست پیچیده سه‌بعدی بکاریم. دانشمندان در ابتدای سال میلادی جاری توانستند، یک روی داربستی که با چاپ سه‌بعدی درست شده بود، سلول‌های پوششی نای را بکارند و یک نای مصنوعی درست کنند، آیا می‌شود همین کار را در مورد قلب انجام داد؟

07-04-2013 10-24-43 AM

ساخت اعضای توپری که پر از عروق باشند، مثل کلیه یا قلب بسیار دشوار است، در مورد قلب دانشمندان باید بتوانند عروق خونرسان خود قلب یا عروق کرونر را هم با دقت بسازند.

روند مرسوم برای شروع ساخت قلب این است که نخست با استفاده از مواد حلال مخصوصی، کلیه سلول‌ها را از بافت قلب زود و تنها یک داربست و شالوده ساختمانی کلاژنی را باقی گذاشت تا بتوان روی آن سلول‌های تازه را سوار کرد. این داربست لزومی ندارد که حتما از قلب یک انسان به دست آمده باشد، می‌توان از قلب‌های خوک‌ها هم استاده کرد. از آنجا که به دست آوردن قلب‌های خوک‌ها بسیار ساده‌تر است، این کار عملی‌تر است.

فرایند سلول‌زدایی بسیار حساس است و باید به مقدار لازم انجام شود، اگر این کار کم انجام شود، مولکول‌های سطحی سلول‌ها در بافت باقی می‌مانند و وجود آنها بعدا باعث رد شدن پیوند می‌شود، چنانچه این کار با شدت زیاد انجام شود، پروتئین‌های حیاتی و فاکتورهای رشد هم از دست می‌روند و بنابراین وقتی سلول‌های پیوندی روی داربست کاشته شوند، نمی‌دانند جذب کجا شوند و چگونه رفتار کنند.

پژوهشگران با آزمون و خطا روی صدها قلب و عضو، به تدریج در زمینه سلول‌زدایی کارآزموده شده‌اند و می‌توانند با دقت غلظت حلال، مدت زمان تماس آن با باقت و فشار مورد نیاز حلال‌ها را مشخص کنند، تا به نتیجه مطلوب برسند.

07-04-2013 10-12-16 AM


کاشت سلول‌ها

چالش بعدی کاشت سلول‌های جدید است. برای موفقیت یاید چه سلول‌هایی و به چه میزان استفاده شوند؟ این سلول‌ها باید از نوع سلول‌های بالغ، سلول‌های بنیادی جنینی یا سلول‌های القایی چندظرفیتی باشند؟ منبع مناسب برای این سلول‌ها چه باید باشد؟

مشخص است که نمی‌شود از سلول‌های بالغ برای چنین کاری استفاده کرد. چون اگر ما توانایی تولید و کاشت سلول‌ها بالغ قلب را می‌داشتیم، می‌توانستیم، همان قلب‌های بیمار را ترمیم کنیم و کلا بحث تولید و پیوند قلب منتفی بود.

برای تأمین سلول‌ها می‌توان سلول‌های بالغ یک بیمار را برداشت، آنها را با استفاده از فاکتورهای رشد، برنامه‌ریزی مجدد کرد، طوری که شبیه سلول‌های بنیادی جنینی شوند. سلول‌هایی که به این ترتیب ساخته شوند، موسوم به iPS یا سلول‌های القایی چندظرفیتی هستند. مزیت این کار این است که سلول‌های به دست‌آمده از نظر ایمنی با بدن گیرنده پیوند، تطابق دارند.

به صورت تئوریک، می‌توان با این کار هم سلول‌های عروقی و هم سلول‌های ماهیچه‌ای مورد نیاز را تأمین کرد، اما در عمل این کار مشکلات خاص خودش را دارد. مشکل اصلی این است که وقتی این سلول‌های iPS روی داربست ریخته شوند، به صورت متناسبی و به تعداد لازم به سلول‌های قلبی تبدیل نمی‌شوند.

برای این که بافت به دست‌آمده عملکردی باشد، فقط تأمین یک محیط اکسیژنه و فاکتورهای رشد کافی نیستند، سلول‌ها به گونه‌ای هستند که محیط پیرامونی خود را حس می‌کنند، و روی رشد و عملکردی شدن آنها حتی میزان استرس مکانیکی و قوام بافت هم تأثیر می‌گذارد. اگر اینها نباشند، سلول در مسیر رشد تکاملی، به خوبی پیش نمی‌رود.

به همین خاطر پوهشگران مجبورند که قلب در حال ساخت را در یک واکنشگر زیستی بگذارند، طوری که شرایط طپش را تقلید کند. برای این کار باید سلول‌ها تحت اثر یک جریان الکتریکی از محل یک ضربان‌ساز باشند و به علاوه از نظر فیزیکی هم یک پمپ، شرایط طپش را روی آنها اعمال کند. اما در این واکنشگر زیستی، خیلی دشوار است که بتوان چیزهایی مثل تعداد ضربان قلب، فشار خون یا اثرات داروها را هم شبیه‌سازی کرد.

07-04-2013 10-11-50 AM

قلب‌های مهندسی شده موش‌ها، علیرغم همه دشواری‌ها بعد از ۸ تا ۱۰ روز می‌توانند مستقلا طپش کنند. اما تا حالا قلب‌هایی که ساخته شده‌اند حداکثر ۲۵ درصد ظرفیت پمپاژ قلب‌های طبیعی را داشته‌اند.


استمرار در طپش در داخل بدن گیرنده پیوند

اما چالش بزرگ‌تر بعدی، قرار دادن این قلب در بدن یک جاندار زنده و وادار کردن آن به طپش برای مدت طولانی است.

قلب باید طوری ساخته شده باشد که یکپارچگی عروقی آن حفظ شده باشد، کافی است که در یکی از عروق مشکلی از نظر ساختمانی وجود داشته باشد، همین اندک باعث ایجاد یک لخته روی آن می‌شود که باعث مرگ جاندار می‌شود. بنابراین بافت لایه پوششی عروق قلب ساخته شده، باید کاملا سالم دست‌نخورده باشد تا هیچ لخته‌ای را شکل ندهد و هیچ نشتی نداشته باشد.

هارولد اوت یکی از دانشمندانی که در زمینه ساخت اعضای مهندسی‌شده فعالیت می‌کند تا به حال موفقیت‌های اندکی در زمینه پیوند ریه و کلیه مهندسی‌شده به موش‌ها داشته است. گروه پژوهشی او ریه‌ای را به یک موش پیوند زدند، این ریه برای مدتی فعال بود، و تبادل اکسیژن از خلال آن صورت می‌گرفت، اما بعد از مدتی عملکرد خود را از دست داد. در مورد کلیه هم، ظرفیت ادرارسازی پایین بود، چون مقدار سلول‌های ساخته شده کم بود. اما در مورد قلب پیوند شده به موش، نتایج چندان رضایت‌بخش نبودند.

در مورد قلب جایی برای اشتباه وجود ندارد، و از همان آغاز پیوند، قلب پیوندی باید بتواند برونده طبیعی داشته باشد.

گرچه در آینده نزدیک، شانس زیادی برای پیوند یک قلب کامل مهندسی‌شده وجود ندارد، اما به احتمال زیاد ظرف ۵ تا ۷ سال آینده، بیمارانی را خواهیم دید که یک شریان، یک لوب ریه یا کبدشان از این طریق تولید  و پیوند شده باشد. در مورد قلب هم شاهد دریچه‌هایی خواهیم بود که نسبت به دریجه‌های مکانیکی یا دریچه‌های طبیعی پیوندی، ماندگاری و عملکرد بهتری دارند.

بنابراین حتی اگر در آینده نزدیک تولید کامل قلب میسر نشود، دست‌کم با تجارب و درس‌هایی که از رشد دادن سلول‌های قلب در یک ساختار سه‌بعدی آموخته‌ایم، می‌توانیم سلول‌هایی تولید کنیم که مناطق آسیب‌دیده قلب را بپوشانند و آنها را وصله کنند.

تجسم ظرف‌هایی از اعضای شناور زنده، ممکن است داستان فرانکشتاین را پیش چشم بیاورند، اما تایلور کارش را حکم تقلایی برای دستیابی به عشق می‌داند.

07-04-2013 10-09-12 AM

او می‌گوید:

روزهایی است که من با خودم می‌گویم، خدایا! درگیر چه کاری شده‌ام؟! از سوی دیگر کودکی را مجسم می‌کنم که می‌گوید: مادر، می‌توانی کمکم کنی؟ و این چیزی است که کارهایم را ارزشمند می‌کند.

منبع: نیچر

   

پستهای اخیر

زیبایی و شکوه فروشگاه جدید اپل در لس آنجلس: مرمت و بازگشایی هوشمندانه سالن قدیمی نمایش فیلم

معماری خوب، ساختمان‌های قدیمی خاطره‌انگیز باشکوه و ساختمان‌های مدرن، بی‌شک بخشی جدانشدنی از تمدن هستند. منتها در کشور ما زمانی چنین شکوه و جلالی، منتسب به چیزهای فانی می‌شدند و طبعا بازتاب اهمیت آنها، بیهوده و پوج تلقی می‌شد. دیروز اپل…

ویندوز ۱۱ و اجرای اپلیکیشن‌های اندروید – شما کدام اپلیکیشن‌های اندروید را دوست دارید در ویندوز…

مایکروسافت دیروز ویندوز 11 را رونمایی کرد. در میان ویژگی‌های جدید، یک ویژگی خیلی برجسته و مهم امکان نصب و اجرای اپلیکیشن‌های اندروید بود. جالب است که چنین چیز مهمی به یاری خود فروشگاه گوگل، ممکن نشده و کاربران از طریق فروشگاه مایکروسافت…

ساتیا نادلا: ویندوز آماده پذیرش iMessage در ویندوز و اصلا هر اپلیکیشن سطح اولی از پلتفرم‌های دیگر…

بیشتر از چند ساعت از رونمایی مایکروسافت از ویندوز 11 و معرفی آن به آن جهان در یک همایش مجازی نمی‌گذرد. به همین مناسبت رئیس مایکروسافت -ساتیا نادلا- در گفتگویی با وال استریت ژورنال به مطالب جالبی در مورد ویندوز و تاثیر آن بر کاربران اشاره…

ویندوز ۱۱ معرفی شد: زیباتر، تجربه کاربری بهتر، امن‌تر با ویژگی‌های جدیدی برای گیمینگ و مالتی‌تسکینگ

مایکروسافت از جدیدترین نسخه سیستم‌عامل ویندوز خود رونمایی کرد. ویندوز ۱۱ یک رابط کاربری گرافیکی کاملا جدید و بازطراحی شده نسبت به ویندوز ۱۰ دارد و از آیکون‌ها، سایه‌ها، ترنسپرنسی‌ها، پوسته‌ها و نحوه تعامل جدیدی برخوردار است.…

پیکر بی‌جان جان مک‌آفی -خالق آنتی‌ویروس McAfee -در زندانی در اسپانیا پیدا شد – آیا او واقعا…

جان مک آفی، خالق نرم‌افزارهای آنتی‌ویروس McAfee و یکی از کارآفرینان مشهور دهه‌های پیشین و نیز یکی از فعال رمزارزها، ساعاتی پس از قرار  استرادش به امریکا، در یکی از زندان‌های اسپانیا خودکشی کرد. روز چهارشنبه، جسد مرده وی در سلول زندانش…

۱۲ کشور دارای بیشترین جمعیت تحصیل کرده در جهان

آموزش موفقیت آینده یک کشور را تعیین می‌کند. همه کشورها به اهمیت نقش آموزش و پرورش پی بردند اما در رشد افراد تحصیل‌کرده دچار افت و خیز یا پیشرفت و پسرفت هستند. گزارش سال ۲۰۱۷ یونسکو نشان می‌دهد تعداد دانشجویان در حال تحصیل در سراسر جهان…
5 نظرات
  1. محمد می گوید

    قلب شکسته رو میخان چطور تعمیر کنن؟!

    1. Saeed می گوید

      زمان.

  2. محمد می گوید

    خدا خیرشون بده، مردم خیلی نادونن که این الغاب رو بکار میبرن، چیکار میشه کرد مهمترین بدبختی انسان جهلش هست دیگه…

  3. sam می گوید

    یاد متن :Here’s to the crazy ones
    افتادم مخصوصا اون قسمت آخرش که:
    the people who are crazy enough to think they can change the
    world – are the ones who DO
    !

  4. سپهر می گوید

    دانشمندان ژاپنی با تزریق سلول بنیادی به موش، کبد تولید کردند

    تاکنون سعی این بوده که در آزمایشگاه اندام یا عضو را با بکارگیری سلولهای بنیادی پرورش دهند و بعد آن را به بدن پیوند بزنند؛ اما دانشمندان ژاپنی نشان دادند بافتهای نابالغ می‌توانند به جای آزمایشگاه در بدن میزبان بالغ و کارآمد شوند.
    محققان دانشگاه یوکوهاما که نتایج تحقیق خود را در نشریه علمی نیچر منتشر کردند، می‌گویند موفقیت روش آنها نشان می‌دهد که به جای پیوند کامل کبد برای درمان نارسایی آن، می توان هزاران جوانه کبد را به فرد بیمار تزریق کرد و این جوانه‌ها کار کبد را انجام دهند.
    جوانه کبدی به مجموعه‌ای از سلولهای کبد به اندازه ۴ تا ۵ میلی‌متر گفته می‌شود که قابلیت تبدیل به یک کبد کامل را دارند.
    آزمایشی که دانشمندان ژاپنی را به گفته خودشان “انگشت به دهان” کرد و محققان دیگر آن را هیجان انگیز توصیف کردند، با سه نوع سلول آغاز شد؛ دو نوع سلول بنیادی و سلول‌های بندناف.
    دو روز بعد اتفاق عجیبی افتاد. پروفسور تاکانوری تاکبه پژوهشگر ارشد تحقیق، آن را چنین توصیف کرد: “ما صرفا سه نوع سلول را با هم مخلوط کردیم و دیدیم که آنها به شکلی غیرمنتظره‌ خود را طوری سازمان‌دهی کردند که یک جوانه کبدی سه بعدی را تشکیل دادند، یعنی یک کبد ابتدایی.”
    این جوانه‌ها بعد به موشی که نارسایی کبد داشت تزریق شد. دو روز بعد جوانه ها بالغ شدند و با رگهای موش ارتباط پیدا کردند و مثل سلول کبد انسان شروع به کار کردند.
    ده روز بعد این سلولها شروع به تولید یکی از مهمترین پروتئینهای بدن، آلبومین، کردند.
    برای اینکه فعالیت این جوانه ها از نظر پالایش سموم بررسی شود، دانشمندان دو نوع دارو به موش میزبان دادند. نتیجه به گفته محققان ژاپنی “بسیار شبیه به اتفاقی بود که در بدن یک انسان بالغ می‌افتد.”
    به این ترتیب روشن شد جوانه‌های کبدی نباید الزاما تبدیل به یک عضو بالغ و کامل شوند و می توانند در کبد نارسا جایگیر شوند و فعالیت آن را بازیابی کنند.
    و همانطور که پروفسور تاکبه می‌گوید ثابت شد “پیوند جوانه های کبد می تواند روشی برای درمان نارسایی کبد باشد.”
    دکتر وارونا آلوویهاری متخصص پیوند کبد در بیمارستان کینگز کالج لندن می گوید “ویژگی اصلی این تحقیق این است که نشان می دهد یک مخلوط سلولی ساده می تواند تمایز پیدا کند و به یک بافت بسیار پیچیده تبدیل شود و بخوبی در بدن یک حیوان عمل کند.”
    دکتر دوشکو ایلیچ متخصص سلولهای بنیادی در کیگز کالج می گوید این شیوه بسیار نویدبخش است و جهش عظیم رو به جلوست.”
    با وجود اهمیت این تحقیق، به نظر کارشناسان تا زمانی که بشود کبد را در آزمایشگاه کشت کرد و بعد به بدن بیمار پیوند زد حداقل ده سال دیگر زمان لازم است.
    اما به گفته مالکولم آلیسون متخصص سلولهای بنیادی بیمارستان کوئین مری لندن این تحقیق نشان داد “واقعا ممکن است که از سلولهای پوست فردی که در حال مرگ به علت نارسایی کبدی است کبدهای کوچکی تولید کرد و به بیمار پیوند زد.”
    حدود سه ماه پیش، پژوهشگران آمریکایی در آزمایشگاه کلیه موش تولید کردند اما روش آنها شامل استفاده از یک ‘داربست’ برای سوار کردن سلولها روی آن بود.
    سال گذشته هم متخصصان انگلیسی سلولهای پوست را تبدیل به سلول قلب کردند تا شاید روزی در تولید بافتهای پیوندی کارآیی پیدا کند.
    دانشمندان پیش از این با استفاده از سلولهای خود فرد موفق به تولید مثانه شده‌ بودند اما تولید اعضای توپر و متراکم مثل کبد و کلیه بسیار دشوارتر است.
    اما حتی اگر هم این کشف به تولید کبد پیوندی منتهی نشود به گفته متخصصان می توان از آن برای بررسی تاثیر داروهای جدید بر روی کبد انسان استفاده کرد، کاری که انجام آن بر روی انسان بدلیل خطر مسمومیت بسیار دشوار است.
    http://bbc.in/169RI8D

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.