به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهشگران دانشگاه UCLA با موفقیت ریه‌های مینیاتوری را از سلول‌های بنیادی همراه با شبکه‌های رگ‌های خونی فعال و عملکردی خودشان رشد دادند. این کار پیشگامانه که در مجله Cell منتشر شده، برای اولین بار نشان می‌دهد که دانشمندان توانسته‌اند ارگانوئیدهای ریه‌ای با سیستم‌های عروقی یکپارچه بسازند که به شکلی نزدیک به روند طبیعی رشد ریه‌ها در بدن انسان است. این پیشرفت راه را برای رشد مدل‌های ارگانی عروقی دیگر، مانند روده و کولون، باز می‌کند و ابزارهایی بی‌سابقه برای مطالعه بیماری‌ها، آزمایش داروها و توسعه درمان‌های شخصی فراهم می‌آورد.

تاریخچه پژوهشی

از دهه ۱۹۵۰-۶۰، پژوهشگران مشاهده کردند که سلول‌هایی که از بافت جدا شده‌اند قادرند دوباره به هم چسبیده و ساختار نسبی خود را بازیابند. در دهه ۱۹۸۰، استفاده از ماتریکس غنی‌شده از لمینین امکان رشد سه‌بعدی سلول‌های اپیتلیال مانند ریه و ارگان‌های دیگر  را فراهم کرد. در سال ۲۰۰9، گروه هانس کلورز با استفاده از سلول‌های بنیادی مثبت Lgr5 موفق به تولید ارگانوئیدهای روده شدند و اصطلاح ارگانوئید قوت بیشتری یافت . در دهه ۲۰۱۰ و اوایل ۲۰۱۰ها، بازسازی ارگانوئیدهایی از مغز، کلیه، کبد، و قلب با رویکرد سه‌بعدی ادامه یافت . تا سال ۲۰۱0، آرگانوئیدها فاقد رگ و عروق بودند تا اینکه Baptista et al. شبکه عروقی اولیه را در کبد موش کاشتند. در سال ۲۰۱۲، کوینت و همکاران با ترکیب سلول‌های بنیادی، سلول‌های اندوتلیال و عضلات صاف موفق به ساخت ساختار شبکه‌رگ در محیط آزمایشگاهی شدند . سپس در سال ۲۰۱۳، Kusuma و همکاران شبکه میکروواسکولار مشتمل بر اندوتلیال و pericyte را تولید کرده و در موش جاگذاری کردند: این شبکه با عروق میزبان انستوموز شد .سال ۲۰۱۴، Samuel و همکاران هPSC+اندوتلیال+progenitor؛ ساخت عروق عملکردی تا ۲۸ روز درون محیط آزمایشگاهسال ۲۰۱۶، توسعه‌ این شبکه با دوام نزدیک به یک سال در مدل انسانی پیوندی . در سال 2019، تیم Wimmer و همکاران اولین آرگانوئید عروقی را معرفی کردند که تمامی ویژگی‌های میکروواسکولار را داراست.

درباره مطالعه

دکتر مینگ‌شیا گو، نویسنده ارشد و عضو مرکز پزشکی بازساختی و تحقیقات سلول‌های بنیادی UCLA گفت:
«مراحل ابتدایی رشد انسان هنوز تا حد زیادی یک جعبه سیاه است. این روش جدید برای عروقی‌سازی ارگانوئیدهای ریه، با بازسازی بهتر روند طبیعی رشد اندام، به تدریج این جعبه سیاه را روشن می‌کند.» تیم پژوهشی که شامل کارشناسان بیمارستان کودکان سینسیناتی نیز بود، مدل ارگانوئید پیشرفته را به کار گرفت تا بینش‌های تازه‌ای درباره یک بیماری مادرزادی نادر و کشنده ریه که نوزادان را مبتلا می‌کند، به دست آورد.

غلبه بر یک گلوگاه مهم با کشف غیرمنتظره

دکتر مینگ‌شیا گو کار خود را از آغاز همه‌گیری کووید-۱۹ شروع کرد، زمانی که تحقیقات ریه با سرعت زیادی در حال پیشرفت و جلب توجه بی‌سابقه بود. با توجه به تخصصش در فشار خون ریوی و سیستم‌های عروقی، متوجه یک نقص اساسی در مدل‌های معمول ارگانوئید ریه شد: نبود شبکه‌های رگ‌های خونی که برای عملکرد ریه ضروری‌اند. برای حل این مشکل، تیم ابتدا از روش متداول جداگانه رشد دادن اجزای ارگانوئید استفاده کرد و با نشانگرهای فلورسنت سلول‌های مختلف را ردیابی کرد؛ سلول‌های قرمز قرار بود به رگ‌های خونی تبدیل شوند و سلول‌های سبز به بافت ریه. دکتر مینگ‌شیا گو توضیح داد: ما انتظار داشتیم شبکه‌های عروقی قرمز و اپیتلیوم سبز ببینیم، اما در واقع شبکه‌های عروقی قرمز و اپیتلیوم هم قرمز بودند، یعنی هر دو نوع سلول به طور همزمان و از یک ماده اولیه شکل گرفتند.» این کشف غیرمنتظره تیم را به ترک روش مونتاژ جداگانه واداشت و باعث شد روشی توسعه دهند که بهتر روند واقعی رشد ریه‌ها در بدن انسان را تقلید کند. با اجازه دادن به رشد همزمان بافت ریه و رگ‌ها از ابتدا، ارگان‌های مینیاتوری به دست آمده تنوع بیشتری از سلول‌ها، ساختار سه‌بعدی بهتر، بقای سلولی بالاتر و توسعه پخته‌تر نسبت به مدل‌های قبلی داشتند.

مطالعه بیماری‌های دشوار

تیم مدل‌های بهبود یافته مینی‌ریه را برای مطالعه یک بیماری مادرزادی ریه به نام دیسپلازی مویرگی آلوئولی همراه با ناهماهنگی وریدهای ریوی (ACDMPV) به کار گرفت. این بیماری وخیم با مشکلات شدید تنفسی مشخص می‌شود و ناشی از جهش در ژن FOXF1 است و درمانی برای آن وجود ندارد. مطالعات قبلی در این زمینه شکست خوردند چون ژن معیوب بیشتر رگ‌ها و سلول‌های حمایتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد که در مدل‌های ارگانوئید معمول وجود ندارند. با روش جدید، دانشمندان توانستند سلول‌های بنیادی بیماران با جهش FOXF1 را گرفته و ارگانوئیدهای ریه‌ای عروقی‌شده را رشد دهند که هم نقص‌های اصلی رگ‌های خونی و هم ناهنجاری‌های ثانویه بافت ریه را بازسازی کردند. دکتر مینگ‌شیا گو گفت: ما می‌خواستیم نشان دهیم چگونه این سیستم ارگانوئیدی جدید ابزار قدرتمندی برای پژوهشگران فراهم می‌کند تا بفهمند چگونه رگ‌های خونی برای اندام‌های مختلف تخصصی می‌شوند و چگونه انواع سلول‌ها در طول رشد طبیعی و بیماری با هم ارتباط برقرار می‌کنند. این ارگانوئیدهای ریه‌ای عروقی‌شده می‌توانند برای مطالعه هر بیماری عروقی ریوی به کار روند.»

ساخت ریه‌های مینیاتوری واقعی‌تر

با وجود داشتن رگ‌های خونی داخلی، این ارگانوئیدهای ریه فعلاً شبیه ریه‌های مرحله جنینی انسان هستند. برای کاربردهای بهتر پزشکی، تیم قصد دارد کشش مکانیکی و تماس با هوا را — که نیروهای فیزیکی تنفس را شبیه‌سازی می‌کند — به این مدل‌ها اضافه کند تا معماری ریه‌های بالغ‌تر انسان را ایجاد کند. همچنین هدف تیم تولید انبوه این ارگانوئیدهای پیشرفته برای توسعه و آزمایش داروها است. دکتر مینگ‌شیا گو در پایان گفت: ما عملاً دریچه‌ای به گفتگوی سلول‌ها در مراحل اولیه رشد انسان باز کرده‌ایم، حوزه‌ای که دانش ما محدود بوده است. اکنون دانشمندان می‌توانند بهتر از مدل‌های بافت انسانی برای مطالعه بیماری‌ها استفاده کنند و وابستگی به مدل‌های حیوانی را برای توسعه داروهای جدید کاهش دهند.»

کاربردها و آینده پژوهش

آرگانوئیدهای عروقی در مدل‌سازی بیماری‌های عروقی مانند دیابت استفاده شدند: e.g. داخل موش‌ باحضور ویژگی‌های میکروواسکلوپاتی .کاربرد این دستاورد در مطالعه کووید–۱۹: نشان داد SARS-CoV-2 قابلیت آلوده‌سازی مستقیماً در ساختارهای عروقی را دارد .پژوهش‌های اخیر (۲۰۲5) دانشگاه استنفورد موفق به ساخت ارگانوئید قلب و کبد همراه با شبکه عروقی شدند که جایگاه جدیدی برای مدل‌سازی و بلوغ می‌دهد.

پایان مطلب/.