مطالب, اخبار علمی
ماهی بیوهیبریدی ساخته شده از سلول‌های قلب انسان!
ماهی بیوهیبریدی : محققان دانشگاه Harvard، با همکاری همکاران دانشگاه Emory، اولین ماهی بیوهیبرید از سلول‌های ماهیچه قلب با منشاء سلول‌های بنیادی انسان ساخته‌اند. این ماهی مصنوعی با انقباضات ماهیچه‌ای یک قلب در حال پمپاژ شنا می‌کند و محققان را یک قدم به ساخت پمپ ماهیچه‌ای مصنوعی نزدیک‌تر و بستری برای مطالعه بیماری‌های قلبی مانند آریتمی فراهم می‌کند.
Kit Parker، پروفسور بیومهندسی و فیزیک کاربردی دانشکده مهندسی و علوم کاربردی Harvard John A. Paulson (SEAS) گفت: “هدف نهایی ما ساختن یک قلب مصنوعی برای جایگزینی قلب ناقص در کودکان است. بیشتر کار در ساخت بافت قلب، از جمله برخی از کارهایی که انجام داده‌ایم، بر روی تکرار ویژگی‌های آناتومیکی یا تکرار ضربان ساده قلب در بافت‌های مهندسی شده متمرکز است. اما در اینجا، ما از بیوفیزیک قلب الهام می‌گیریم که انجام آن سخت تر است. اکنون، به جای استفاده از تصویربرداری قلب به عنوان طرح اولیه، در حال شناسایی اصول کلیدی بیوفیزیکی هستیم که باعث تپیدن قلب می‌شود، از این ویژگی‌ها به عنوان معیارهای طراحی استفاده کرده و در یک سیستم (ماهی زنده و شناگر)، جایی که دیدن حرکات آسان‌تر است، آزمایش را تکرار می‌کنیم.”
این تحقیق در ژورنال Science منتشر شده است.
ماهی بیوهیبرید توسعه یافته توسط این تیم، بر اساس تحقیقات قبلی گروه بیوفیزیک Parker است. در سال 2012، این آزمایشگاه از سلول‌های عضلانی قلب موش برای ساخت یک پمپ بیوهیبریدی شبیه عروس دریایی استفاده کرد و در سال 2016 محققان یک نمونه ماهی بیوهیبریدی از سلول‌های عضله قلب موش توسعه دادند.
در این تحقیق، تیم اولین دستگاه بیوهیبرید ساخته شده از کاردیومیوسیت‌های با منشاء سلول‌های بنیادی انسان را ساخت. این دستگاه از شکل و حرکت شنای یک گورخر ماهی الهام گرفته شده است. برخلاف دستگاه‌های قبلی، گورخر ماهی بیوهیبرید دارای دو لایه سلول عضلانی است، یکی در هر طرف باله دم. وقتی یک طرف منقبض می‌شود، طرف دیگر کشیده می‌شود. این کشش باعث باز شدن یک کانال پروتئینی حساس به مکانیسم می‌شود که باعث انقباض شده، که باعث کشش و غیره شده و منجر به یک چرخه بسته (closed loop) می‌شود که می‌تواند ماهی را برای بیش از 100 روز به حرکت درآورد.
Keel Yong Lee، محقق فوق دکترا در SEAS و نویسنده ارشد مطالعه، می‌گوید: “با استفاده از سیگنال مکانیکی-الکتریک قلبی بین دو لایه عضله، چرخه‌ای را بازسازی کردیم که در آن هر انقباض به طور خودکار به عنوان پاسخی به کشش طرف مقابل منجر می‌شود. نتایج این مطالعه، نقش مکانیسم‌های بازخورد در پمپ‌های عضلانی مانند قلب را برجسته می‌کند.”
پژوهشگران ضربان سازی را مهندسی کردند که فرکانس و ریتم این انقباضات خود به خود را کنترل می‌کند. دو لایه عضله و گره ضربان خودکار، ایجاد حرکات پیوسته، خود به خود و هماهنگ و حرکات عقب و جلو باله را امکان پذیر می‌کنند.
Sung-Jin Park، عضو سابق گروه بیوفیزیک بیماری در SEAS و نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: “به دلیل دو مکانیسم ضربان درونی، ماهی بیوهیبریدی ما می‌توانند طولانی‌تر زندگی کنند، سریع‌تر حرکت کنند و کارآمدتر شنا کنند. این مطالعه جدید مدلی را برای بررسی سیگنالینگ مکانیکی-الکتریکی به عنوان یک هدف درمانی برای مدیریت ریتم قلب و برای درک پاتوفیزیولوژی در اختلالات عملکرد گره سینوسی دهلیزی و آریتمی قلبی ارائه می‌دهد.”
Park در حال حاضر استادیار دپارتمان مهندسی زیست پزشکی Coulter موسسه فناوری Georgia و دانشکده پزشکی دانشگاه Emory است.
دامنه انقباض عضلانی، حداکثر سرعت شنا و هماهنگی عضلانی این ماهی در ماه اول با بالغ شدن سلول‌های قلب افزایش یافت. در نهایت، ماهی بیوهیبرید از نظر سرعت و کارایی شنا به شباهتی مانند گورخر ماهی در طبیعت دست یافت.
در مرحله بعد، این تیم قصد دارد دستگاه‌های بیوهیبرید پیچیده‌تری را از سلول‌های قلب انسان بسازد.
Park افزود: “می‌توانم یک قلب مدل از Play-Doh (خمیر بازی) بسازم، این به این معنی نیست که می‌توانم یک قلب کامل بسازم. شما می‌توانید تعدادی سلول توموری در ظرفی رشد دهید تا زمانی که به صورت توده‌ای ضربان‌دار درآیند که ارگانوئید قلبی نامیده می‌شود. چالش این آزمایش طبق طراحی، فیزیک سیستمی است که آیا این سیستم توانایی تپش بیش از یک میلیارد بار در طول عمر شما را دارد یا خیر.”
خلاصه:
دانشمندان دستگاهی به کمک سلول‌های عضلانی قلب ساخته‌اند که بینشهایی در مورد پمپ‌های عضلانی مصنوعی ارائه داده و گامی به سوی ساخت قلب مصنوعی است.
مترجم: امید آهنگریان ابهری
