ساخت بطن قلب مصنوعی با استفاده از سلول‌های زنده و تپنده

جی پلاس، به نقل از آی‌ای، محققان تصمیم گرفتند بطن چپ قلب را بازسازی کنند، زیرا بطن چپ، قسمت اصلی قلب است و خون اکسیژن‌دار را به داخل آئورت پمپاژ می‌کند و سپس آن را به بقیه بدن می‌برد.

ایسنا نوشت؛ حال آن که بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، بیماری‌های مرتبط با قلب، علت اصلی مرگ و میر در جهان هستند. محققان در سراسر جهان نیز از طیف گسترده‌ای از رویکردها، از فناوری چاپ سه‌بعدی اندام گرفته تا پیوند سلول‌های عضلانی جدید، برای کمک به بهبود سلامت قلب و همچنین ایجاد مدل‌های کوچک مبتنی بر آزمایشگاه برای آزمایش داروهای در حال توسعه استفاده می‌کنند.

اکنون این تیم تحقیقاتی از دانشگاه تورنتو به رهبری "میلیکا رادیسیچ" استاد موسسه مهندسی پزشکی در دانشگاه، بافت بطنی قلب را در مقیاس میکرونی ایجاد کرده است.

نحوه ایجاد این قلب مینیاتوری

محققان از داربست‌های کوچک ساخته شده از پلیمرهای زیست‌سازگار برای ساختن این بافت به جای کشت‌های دو بعدی که به طور معمول در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شود، بهره گرفتند. این داربست‌ها دارای شیارها یا ساختارهای مشبک هستند که با سلول‌های عضله قلب کاشته شده و سپس اجازه داده می‌شود در یک محیط مایع رشد کنند.

همانطور که سلول‌ها در طول زمان رشد کردند، یک لایه بافتی تشکیل دادند که توسط داربست زیرین تحریک می‌شد تا در جهت خاصی رشد کند. محققان این داربست را به صورت یک صفحه مسطح از سه صفحه مشبک طراحی کرده بودند که پس از حدود یک هفته از رشد سلول‌ها روی داربست، می‌توان آن را به دور یک محور توخالی پلیمری غلتاند.

محققان همچنین از پالس‌های الکتریکی برای کنترل سرعت ضربان این ماهیچه‌ها استفاده کردند. نتیجه نهایی، ماهیچه‌های سه لایه قلب بود که می‌توانستند به طور هماهنگ ضربان داشته باشند و مایع را از انتهای خود خارج کنند.

برای مقایسه ابعاد این بافت باید گفت که تقریباً به اندازه قلب جنین انسان در حدود هفته ۱۹ بارداری است.

"رادیسیچ" گفت: ما با این مدل‌ها می‌توانیم نه تنها عملکرد سلول، بلکه عملکرد بافت و عملکرد اندام‌ها را بدون نیاز به جراحی تهاجمی یا آزمایش‌های حیوانی مطالعه کنیم. ما همچنین می‌توانیم از آنها برای غربالگری دسته‌های بزرگ مولکول‌های کاندید دارو از نظر اثرات مثبت یا منفی استفاده کنیم.

وقتی قلب می‌تپد، لایه‌های سلول‌های ماهیچه‌ای نه تنها منقبض می‌شوند، بلکه می‌پیچند تا خون بیشتری به بیرون پمپاژ شود. با قرار دادن سه لایه سلول در زوایای مختلف نسبت به یکدیگر، محققان می‌توانند این قابلیت را تکرار کنند.

در حال حاضر، این بافت تنها می‌تواند حدود پنج درصد از فشار خروجی را ایجاد کند که قلب انسان می‌تواند ایجاد کند. محققان مطمئن هستند که می‌توانند این بافت را در آینده توسعه دهند.

گفتنی است که این مدل فعلی فقط سه لایه دارد، در حالی که قلب انسان ۱۱ لایه سلول عضلانی دارد.

"سرگل اخوتیان" یکی از محققان حاضر در این پروژه گفت: ما می‌توانیم لایه‌های بیشتری اضافه کنیم، اما این امر باعث می‌شود پخش اکسیژن در میان آن به مشکل بربخورد، بنابراین سلول‌های لایه‌های میانی شروع به مردن می‌کنند.

وی افزود: قلب‌های واقعی برای حل این مشکل دارای عروق خونی هستند، بنابراین ما باید راهی برای شبیه‌سازی آن پیدا کنیم.

علاوه بر این، این تیم قصد دارد تراکم سلولی را برای افزایش حجم خروجی و فشار اندام افزایش دهد. "رادیسیچ" با یادآوری اینکه قلب انسان طی میلیون‌ها سال به شکل کنونی خود تکامل یافته است، گفت: ما نمی‌توانیم تنها در چند سال همه چیز را مهندسی معکوس کنیم، اما با هر بهبود تدریجی، این مدل‌ها برای محققان و پزشکان در سراسر جهان مفیدتر می‌شوند.

این مطالعه در مجله Advanced Biology منتشر شده است.