به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، توسعه درمان‌های نوین امید بزرگی برای مقابله با بیماری‌های شایعی مانند سرطان به همراه دارد، اما این داروها ممکن است به سیستم قلبی‌عروقی آسیب وارد کنند، بنابراین روند توسعه آن‌ها اغلب در مراحل اولیه متوقف می‌شود. پژوهشگرانی از مؤسسه Fraunhofer برای سم‌شناسی و پزشکی تجربی (ITEM) و دانشکده پزشکی هانوفر، یک مدل پیچیده از ارگانوئید قلبی توسعه داده‌اند که می‌توان از آن برای بررسی پتانسیل آسیب قلبی (کاردیوتوکسیسیتی) داروهای جدید استفاده کرد. این قلب مینیاتوری حتی دارای یک سیستم ایمنی مختص به خود نیز می‌باشد.

کاربرد قلب‌های مینیاتوری

قلب‌های مینیاتوری در حوزه‌های مختلفی کاربرد دارند که به طور خاص به طراحی، هنر، علم و مهندسی مربوط می‌شوند. در ادامه چندین کاربرد اصلی این قلب‌ها را بررسی می‌کنم: اول در حوزه هنر و طراحی: قلب‌های مینیاتوری معمولاً در هنرهای تزئینی و طراحی جواهرات استفاده می‌شوند. این طرح‌ها به دلیل زیبایی و ظرافت خود، در ساخت گردنبندها، دستبندها و سایر اشیاء تزیینی کاربرد دارند. دوم در حوزه مدل‌سازی علمی: در پژوهش‌های پزشکی و زیستی، قلب‌های مینیاتوری ممکن است برای شبیه‌سازی عملکرد قلب در مقیاس کوچک یا در مدل‌های آزمایشگاهی استفاده شوند. این قلب‌ها می‌توانند برای آزمایشات در زمینه داروها یا دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرند. سوم در حوزه آموزش پزشکی و زیست‌شناسی: مدل‌های قلب مینیاتوری به دانشجویان پزشکی و زیست‌شناسی کمک می‌کنند تا آناتومی و عملکرد قلب را بهتر درک کنند. این مدل‌ها می‌توانند به صورت سه‌بعدی و دقیق طراحی شوند تا جزئیات ساختاری و عملکردی قلب نمایش داده شود. چهرم در حوزه مهندسی و رباتیک: در زمینه رباتیک، قلب‌های مینیاتوری ممکن است برای ساخت ربات‌هایی که شباهت به موجودات زنده دارند، استفاده شوند. این ربات‌ها ممکن است شامل سیستم‌های پمپاژ خون یا شبیه‌سازی قلب برای بهبود عملکرد دستگاه‌های پزشکی باشند. پنجم در حوزه توسعه تکنولوژی‌های پزشکی: قلب‌های مینیاتوری می‌توانند در تحقیقات به منظور ساخت دستگاه‌های پزشکی جدید، مثل پروتزهای قلب یا دستگاه‌های مشابه که به طور مستقیم بر عملکرد قلب اثر می‌گذارند، استفاده شوند.

درمان کاردیوتوکسیسیتی

کاردیوتوکسیسیتی پدیده‌ای است که اثرات مضر داروها بر قلب را توصیف می‌کند و می‌تواند منجر به آریتمی قلبی، کاردیومیوپاتی یا دیگر عوارض قلبی‌عروقی شود. این موضوع یکی از دلایل اصلی شکست داروها در مراحل توسعه پیش از بالینی یا پس از تأیید اولیه در بازار است. یکی از مسائل مهم این است که اثرات سمی بر قلب نمی‌توانند به‌درستی در مدل‌های پیش‌بالینی پیش‌بینی شوند. به دلیل پیچیدگی مورد نیاز، مدل‌های سلولی متداول نمی‌توانند به اندازه کافی این اثرات را شبیه‌سازی کنند. برای حل این مشکل، پژوهشگرانی از Fraunhofer ITEM و دانشکده پزشکی هانوفر با همکاری مؤسسه Fraunhofer برای درمان سلولی و ایمنی‌شناسی (IZI) و مؤسسه Fraunhofer برای تحقیقات سیلیکات (ISC) یک مدل نوین از ارگانوئید قلبی با سیستم ایمنی مختص به خود توسعه داده‌اند.

مدل‌سازی کاردیوتوکسیسیتی

این سیستم مدل‌سازی، به دلیل چندسلولی بودن و پیچیدگی‌اش، می‌تواند ویژگی‌های فیزیولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی قلب انسان را بهتر از پلتفرم‌های آزمایشی متداول بازسازی کند. به این معنا که ارگانوئید قلبی انسانی می‌تواند برای مدل‌سازی کاردیوتوکسیسیتی استفاده شود، که حوزه‌ای اساسی برای توسعه و آزمون داروهای جدید است. پروفسور دکتر کریستین بر، سرپرست گروه تحقیقاتی در Fraunhofer ITEM می‌گوید: «مدل ما اساساً می‌تواند برای آزمون کاردیوتوکسیسیتی هر دارویی استفاده شود. این یک مزیت بزرگ است، چرا که بسیاری از داروها تا مراحل پایانی توسعه پیش‌بالینی پیش می‌روند اما به دلیل اثرات سمی قلبی موفق نمی‌شوند و در نتیجه هرگز تأیید نمی‌شوند. ارگانوئید قلبی ما می‌تواند زمان و هزینه زیادی را صرفه‌جویی کند.»

قلب‌های مینیاتوری عملکردی با ضربان خودجوش

این ارگانوئیدهای عملکردی – قلب‌های مینیاتوری که کوچکتر از سر سوزن هستند – از سلول‌های عضله قلب (کاردیومیوسیت‌ها)، فیبروبلاست‌های قلبی (سلول‌های بافت همبند)، و سلول‌های اندوتلیال (سلول‌های عروقی) تشکیل شده‌اند که همگی از سلول‌های بنیادی القایی انسانی (hiPSCs) به همراه سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق شده‌اند. سلول‌های hiPSC بسیار شبیه به سلول‌های بنیادی جنینی هستند، اما از طریق بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ گرفته‌شده از بافت همبند یا خون اهداکنندگان بزرگسال تولید می‌شوند. الیزا موهر، پژوهشگر در دانشکده پزشکی هانوفر و Fraunhofer ITEM می‌گوید:ما سلول‌های بنیادی القایی را به سلول‌های عضله قلب، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های اندوتلیال تمایز می‌دهیم. سپس آن‌ها را با سلول‌های بنیادی مزانشیمی با نسبت مشخصی ترکیب کرده و این مخلوط سلولی را به قالب آگارز در پتری‌دیش وارد می‌کنیم.» در این فرآیند، سلول‌های مجزا به‌صورت خودسازمان‌یافته به ساختاری کروی و عملکردی با قطر حدود ۲۰۰ میکرومتر تبدیل می‌شوند که به‌طور خودبه‌خودی شروع به ضربان می‌کنند، مانند یک قلب کوچک. هر ارگانوئید از حدود ۲۰۰۰ سلول تشکیل شده است. تحریک الکتریکی نیز می‌تواند برای القای انقباض ارگانوئید به کار رود، درست مانند عملکرد ضربان‌ساز قلب.

ارگانوئیدی چندکاره برای انواع بیماری‌های قلبی

این ارگانوئیدها روش‌های متنوعی برای بررسی کاردیوتوکسیسیتی احتمالی داروهای جدید فراهم می‌کنند، از جمله تحلیل دقیق رفتار ضربانی، هیستولوژی سنتی و آنالیزهای ژن‌بیانی مدرن در سطح تک‌سلول. فراتر از موضوع کاردیوتوکسیسیتی، ارگانوئیدهای قلبی انسانی به پژوهشگران اجازه می‌دهند تا انواع مختلف بیماری‌های قلبی‌عروقی، مانند سکته قلبی (انفارکتوس میوکارد)، آریتمی‌ها و هیپرتروفی قلبی (ضخیم شدن غیرطبیعی عضله قلب) را مدل‌سازی کنند. پروفسور بر می‌گوید: ما می‌توانیم از این ارگانوئید قلبی به عنوان یک پلتفرم آزمون برای قلب انسان استفاده کنیم.» به دلیل امکان پرورش این ارگانوئیدها برای مدت حداقل ۳۰ روز، انجام آزمایش‌های بلندمدت نیز ممکن است. این شامل مطالعات روی کلاس‌های جدید دارویی مانند درمان‌های RNA نیز می‌شود. با استفاده از رویکردهای مدل‌سازی بیماری، تیم پژوهشی نشان داده است که داروها می‌توانند بر انقباض‌پذیری در ارگانوئیدهای قلبی تأثیر بگذارند. در اینجا، تیم پروفسور بر ارگانوئیدهایی از کاردیومیوسیت‌های بیمار تولید کرده‌اند که از خط سلولی hiPSC خاص یک بیمارمبتلا به کاردیومیوپاتی هیپرتروفیک  تمایز یافته‌اند. موهر می‌گوید: با استفاده از پلتفرم ارگانوئید ما، توانستیم نشان دهیم که داروی ماواکامتن  که به تازگی برای بیماران مبتلا به کاردیومیوپاتی هیپرتروفیک تأیید شده که عملکرد انقباضی ارگانوئیدهای قلبی را بهبود می‌بخشد بدون آن‌که اثرات سمی قلبی داشته باشد.»

افزودن سیستم ایمنی به قلب مینیاتوری

تیم پژوهشی اکنون در حال افزودن سیستم ایمنی به این ارگانوئیدهاست. آن‌ها این کار را با افزودن ماکروفاژها (سلول‌های ایمنی) که از سلول‌های بنیادی القایی تمایز یافته‌اند انجام می‌دهند و در واقع آن‌ها را به «سلول‌های ایمنی طراحی‌شده» تبدیل می‌کنند. پروفسور دکتر نیکو لاخمان، پژوهشگر Fraunhofer ITEM، موفق به تولید ماکروفاژهای بالغ در سیستم‌های قابل مقیاس‌پذیر – از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی – شده است. ماکروفاژها بخش مهمی از پاسخ ایمنی بدن هستند و با «بلعیدن» پاتوژن‌ها از بدن دفاع می‌کنند. افزودن این نوع سلول اثبات‌شده که عملکرد بافت قلبی مصنوعی را بهبود می‌بخشد. موهر می‌گوید: افزودن ماکروفاژها و در نتیجه گنجاندن قابلیت ایمنی در ارگانوئید قلبی به ما این امکان را می‌دهد که پژوهش‌هایی حتی نزدیک‌تر به قلب واقعی انسان انجام دهیم، که باعث تحقیقاتی قابل‌اتکاتر در حوزه‌های انتقال‌پذیر به بالین می‌شود.»

پایان مطلب/.