به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، برای اولین بار، محققان توانستند ارگانوئیدهای کلیه انسانی (یک کشت سه‌بعدی مصنوعی از اندام) را از سلول‌های بنیادی بافتی در آزمایشگاه رشد دهند که تکامل کلیه جنینی انسان را به‌صورت زنده شبیه‌سازی می‌کند. کلیه طی ماه‌ها رشد و توسعه یافت و این امکان را برای محققان فراهم کرد که روند توسعه این اندام را در زمان واقعی مشاهده کنند، ژن‌هایی که منجر به نقص‌های مادرزادی می‌شوند را شناسایی کنند، درمان‌های جدیدی در زمینه پزشکی بازساختی توسعه دهند و سم‌شناسی داروها در دوران بارداری بر کلیه‌های جنینی را آزمایش کنند. مقاله‌ای که این پژوهش را توصیف می‌کند در مجله EMBO منتشر شده است.

تکوین اندام کلیه

کلیه پستانداران از طریق تعاملات متقابل بین مزانشیم متانفریک و جوانه حالبی در طول رشد جنینی ایجاد می‌شود. مزانشیم متانفریک که شامل سلول‌های پیش‌ساز نفرون (NPCs) است، توسط جوانه حالبی مورد تهاجم قرار می‌گیرد و باعث می‌شود که مزانشیم به دور نوک‌های شاخه‌شده جوانه حالبی فشرده شده و «مزانشیم کلاهکی» را تشکیل دهد در ادامه، مزانشیم کلاهکی به ساختارهای پیش‌لوله‌ای تمایز می‌یابد که سپس به وزیکول‌های کلیوی (RVs) و بدنک‌های کاما و S شکل تمایز پیدا می‌کنند و در نهایت به نفرون‌های کاملاً تکامل‌یافته‌ای شامل بخش‌های گلومرولی و لوله‌ای تبدیل می‌شوند که به حالب تخلیه می‌شوند. درک عواملی که رشد کلیه را کنترل می‌کنند، برای شناسایی مکانیسم‌های بیماری‌زای مؤثر در تعداد کم نفرون‌ها و ناهنجاری‌های مادرزادی کلیه و مجاری ادراری (CAKUT) اهمیت دارد، زیرا این ناهنجاری‌ها در مراحل بعدی زندگی خطر ابتلا به بیماری مزمن کلیه و نارسایی کلیوی را افزایش می‌دهند. به طور سنتی، مدل‌های موش‌های اصلاح‌شده ژنتیکی برای شناسایی عوامل مؤثر بر الگوگیری و بلوغ نفرون‌های در حال شکل‌گیری و بررسی اثرات مضر جهش‌های تأثیرگذار بر مسیرهای سیگنالینگ کلیدی مانند Notch وWNT استفاده شده‌اند. این مدل‌ها قوی اما زمان‌بر و با توان عملیاتی پایین هستند. استفاده از اصول طراحی گرفته‌شده از مدل‌های موش و دست‌کاری بافت‌های کلیه جنینی انسان (hFK) نقش مهمی در پیشبرد پژوهش‌های کلیوی داشته است. این موارد شامل درک ارگان‌زایی پس از پیوند، ایمنی‌زایی، و عروقی شدن بافت‌های کلیه جنینی و پیوندهایی با سن‌های بارداری مختلف شامل جوانه‌های کامل و قطعات بافتی می‌باشد .

قابلیت‌های ارگانوئید جدید

مدل کنونی بیش از نیم سال بالغ شده و پایدار باقی مانده است. ارگانوئیدهای کلیه قبلی که تکامل را شبیه‌سازی می‌کردند، ظرف چهار هفته خراب می‌شدند. این امکان تحقیقات بلندمدت و آزمایش‌های پزشکی بر روی مدل‌های کلیه را فراهم می‌کند. همچنین این ارگانوئید خالص‌ترین ارگانوئید کلیه‌ای است که تاکنون توسعه یافته است و هیچ آلودگی سلولی از توسعه سلول‌های بنیادی وجود ندارد. مدل‌های قبلی که از سلول‌های بنیادی چندتوان استفاده می‌کردند، به دلیل طبیعت ناپایدار این سلول‌ها، ساختارهای سلولی دیگری نیز تولید می‌کردند. ارگانوئید جدید تنها سلول‌های کلیه را بیان می‌کند که امکان آزمایش‌های واضح علیت و معلولیت را فراهم می‌کند.

درباره مطالعه

این مطالعه به رهبری پروفسور بنجامین دکل، مدیر واحد نفرولوژی کودکان و موسسه تحقیقات سلول‌های بنیادی در بیمارستان سفرا شعبا و مدیر مرکز ساگول پزشکی بازساختی انجام شد. همچنین دکتر مایکل نامستانیکوف، دانشجوی دکتری و فارغ‌التحصیل مسیر پزشک-محقق در دانشکده پزشکی و علوم سلامت تل‌آویو، و دکتر اوزنت کوهن-سونتاگ، محقق در مرکز پزشکی شعبا، به عنوان اعضای گروه تحقیقاتی پروفسور دکل مشارکت داشتند. پروفسور دکل توضیح می‌دهد: "زندگی با سلول‌های بنیادی چندتوان آغاز می‌شود که می‌توانند به هر سلولی در بدن تمایز پیدا کنند. در گذشته، آنها می‌توانستند ارگانوئیدها را رشد دهند، یعنی کشت‌های سه‌بعدی شبیه اندام، با تولید این سلول‌های بنیادی عمومی و جداسازی آنها به کلیه، اما پس از حدود یک ماه کلیه در کشت از بین می‌رفت و روند باید از نو شروع می‌شد.

تولید ارگانوئیدهای مشتق از سلول‌های بنیادی چندتوان

"حدود ده سال پیش، گروه تحقیقاتی من برای اولین بار توانست سلول‌های بنیادی بافت کلیه انسانی را که مسئول رشد اندام در حال توسعه هستند، جداسازی کند. اکنون ما برای اولین بار موفق شده‌ایم کلیه انسانی را به صورت ارگانوئید از سلول‌های بنیادی خاص کلیه رشد دهیم، و این همزمان با فرایند بلوغ در رحم است که تا هفته ۳۴ بارداری ادامه دارد." محققان ارگانوئیدها را در شرایط آزمایشگاهی برای مطالعه اندام‌ها به شیوه‌هایی که در انسان امکان‌پذیر نیست، پرورش می‌دهند، اما ارگانوئیدهای مشتق از سلول‌های بنیادی چندتوان معمولاً سلول‌های ناخواسته‌ای دارند که به اندام مورد مطالعه مربوط نیستند و داده‌های آزمایش را آلوده می‌کنند. ارگانوئید پروفسور دکل از سلول‌های بنیادی بافت کلیه به صورت "تمیز" رشد کرده است، چرا که این سلول‌ها فقط به بافت کلیه تمایز می‌یابند. این سلول‌ها به انواع مختلف سلول‌های کلیه تبدیل شدند و طی بیش از نیم سال، بافت‌های مختلف کلیه مانند سلول‌های فیلترکننده خون و مجاری کلیوی و ادراری را شکل دادند، فرایندی که به آن توبولوژنز گفته می‌شود. پروفسور دکل می‌گوید: "رشد ساختارهای کلیه جنینی می‌تواند نور تازه‌ای بر فرایندهای زیستی به طور کلی و به ویژه بر فرایندهایی که منجر به بیماری‌های کلیوی می‌شوند، بیاندازد. و در واقع، وقتی مسیرهای سیگنالینگ خاصی را به صورت انتخابی مسدود کردیم، دیدیم که چگونه منجر به نقص مادرزادی شد. ما در واقع شاهد زنده این هستیم که چگونه یک مشکل در توسعه منجر به بیماری‌های کلیه‌ای می‌شود که در کلینیک دیده می‌شود، که این امکان توسعه درمان‌های نوآورانه را فراهم می‌کند."

پیامدهای این دستاورد

پروفسور بنجامین دکل، می‌گوید: "اینکه می‌توانیم سلول‌های بنیادی بافت کلیه را خارج از بدن و در طول زمان پرورش دهیم، در را به روی پزشکی بازساختی باز می‌کند، یعنی پیوند بافت کلیه پرورش یافته در آزمایشگاه—یا داخل بدن، یا به‌طور جایگزین استفاده از سیگنال‌هایی که ارگانوئید ترشح می‌کند برای ترمیم و جوان‌سازی کلیه آسیب‌دیده. ما اکنون منبع تقریباً نامحدودی از انواع مختلف سلول‌های کلیه داریم و درک بهتری از نقش‌های مختلف آنها در توسعه و عملکرد کلیه داریم. به گفته پروفسور دکتر درور هاراتس، رئیس نهاد پژوهشی شعبا. او می‌گوید: "در سال‌های اخیر، شاهد تلاش‌هایی برای فاصله گرفتن از مراکز بین‌المللی تأثیرگذار بوده‌ایم و موفقیت‌های علمی اینچنینی یادآوری می‌کنند که سهم ما در پژوهش‌های پزشکی و علمی قابل توجه و غیرقابل انکار است."

پایان مطلب/.