به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در دهه‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیری در حوزه پزشکی ترمیمی و مهندسی بافت حاصل شده است. یکی از امیدبخش‌ترین زمینه‌ها، تولید اندام‌های مصنوعی از جمله کلیه‌های آزمایشگاهی است که می‌توانند در آینده جایگزین پیوند اعضای انسانی شوند. بیماری کلیوی، که بیش از یک هفتم جمعیت بزرگسال را تحت تأثیر قرار می‌دهد، یکی از بحران‌های بهداشتی در سطح جهان محسوب می‌شود. تنها راه‌حل نهایی برای بیماران در مرحله پایانی نارسایی کلیه، پیوند عضو است. با وجود این، کمبود شدید اهداکنندگان و دشواری‌های مربوط به سازگاری‌های ایمنی، موجب شده تا یافتن راهکارهای جایگزین از جمله پرورش کلیه‌های مصنوعی در دستور کار پژوهشگران قرار گیرد. در همین راستا، تیمی از دانشمندان در مرکز سلول‌های بنیادی دانشگاه کِک، وابسته به دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC)، موفق به برداشتن گامی کلیدی در جهت تحقق این هدف شده‌اند. نتایج جدید آن‌ها، که در نشریه معتبر Cell Stem Cell منتشر شده، نه‌تنها افق‌های تازه‌ای در زمینه ساخت کلیه‌های مصنوعی گشوده بلکه امکان مدل‌سازی دقیق‌تر بیماری‌های کلیوی پیچیده را نیز فراهم کرده است.

تاریخچه و پیش‌زمینه علمی

تاکنون تلاش‌های زیادی برای تولید ساختارهای شبه‌کلیوی در محیط آزمایشگاهی صورت گرفته است. ارگانوئیدهای کلیوی، که با استفاده از سلول‌های بنیادی تولید می‌شوند، شامل ساختارهایی همچون نفرون‌ها (واحدهای تصفیه خون) یا سلول‌های مجاری جمع‌آوری‌کننده ادرار بوده‌اند. اما این ساختارها معمولاً در مرحله‌ای ابتدایی از رشد متوقف می‌شدند و توانایی عملکرد مشابه کلیه واقعی را نداشتند. گروه تحقیقاتی به سرپرستی ژانگ‌وی لی، استاد پزشکی و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی در دانشگاه USC، پیش‌تر موفق به تولید ارگانوئیدهایی شده بود که به طور مجزا شامل نفرون‌ها یا مجاری جمع‌آوری ادرار بودند. هرچند این یک دستاورد مهم تلقی می‌شد، اما عدم یکپارچگی این ساختارها مانع از شبیه‌سازی عملکرد کلیه واقعی می‌شد.

شیوه مطالعاتی

در پژوهش جدید، تیمی متشکل از پژوهشگران دانشگاه USC و دانشگاه تونگ‌جی در شانگهای، با هدف ترکیب بخش‌های مختلف ساختار کلیه، رویکردی نوین اتخاذ کردند. آن‌ها با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان انسان و موش، ابتدا شرایط رشد ارگانوئیدهای ترکیبی یا به‌اصطلاح "آسمبلوئید" را در محیط آزمایشگاه بهینه‌سازی کردند. این آسمبلوئیدها شامل ترکیبی از نفرون‌ها و مجاری جمع‌آوری بودند و ساختاری بسیار نزدیک‌تر به کلیه واقعی داشتند. پس از رشد این آسمبلوئیدها در شرایط آزمایشگاهی، گام بعدی پیوند آن‌ها به بدن موش‌های زنده بود. این پیوندها امکان قرار گرفتن آسمبلوئیدها در محیط طبیعی بدن را فراهم ساخت، که موجب بلوغ بیشتر، توسعه رگ‌های خونی، بافت همبند و رشد ساختاری شد.

نتایج به‌دست‌آمده

یافته‌های این مطالعه چندوجهی بودند. نخست اینکه آسمبلوئیدهای پرورش‌یافته در بدن موش‌ها توانستند به سطحی از بلوغ برسند که پیش‌تر در مطالعات مشابه گزارش نشده بود. در مورد نمونه‌های موشی، سطح بلوغ این ساختارها معادل کلیه نوزاد موش بود، امری که با بررسی شاخص‌های فعالیت ژنی و مارکرهای رشد مشخص شد. در نمونه‌های انسانی نیز شواهدی از عبور از مرحله جنینی وجود داشت، گرچه به دلیل نبود نمونه‌های کلیه نوزاد انسانی، تعیین دقیق سطح بلوغ ممکن نبود. نکته مهم دیگر، نمایش عملکردهای شبه‌کلیوی توسط آسمبلوئیدها بود. این عملکردها شامل تصفیه خون، جذب پروتئین‌هایی مانند آلبومین، ترشح هورمون‌های کلیوی و آغاز فرآیند تولید ادرار بود. این شواهد نشان دادند که آسمبلوئیدها از نظر عملکرد نیز به کلیه واقعی نزدیک شده‌اند، نه‌فقط از لحاظ ساختاری.

مدل‌سازی بیماری‌های کلیوی

یکی از بخش‌های مهم مطالعه، استفاده از آسمبلوئیدها برای مدل‌سازی بیماری‌های پیچیده کلیه بود. برای اثبات این توانایی، پژوهشگران از سلول‌هایی استفاده کردند که دارای جهش ژنی در PKD2 بودند؛ ژنی که مسئول بیماری کلیه پلی‌کیستیک اتوزومال غالب (ADPKD) است. این بیماری موجب تشکیل کیست‌های متعدد در کلیه و تخریب عملکرد آن می‌شود. نتایج نشان داد که آسمبلوئیدهای حاصل از این سلول‌های جهش‌یافته، در بدن موش‌ها به کیست‌های بزرگ کلیوی تبدیل شدند و ویژگی‌هایی مانند التهاب و فیبروز را نیز از خود نشان دادند. این پیچیدگی‌ها پیش‌تر در مدل‌های آزمایشگاهی قابل شبیه‌سازی نبود و بیانگر قدرت بالای آسمبلوئیدها در مدل‌سازی بیماری‌های انسانی است.

دستاوردها و نوآوری‌ها

مطالعه جدید دارای چندین دستاورد برجسته است. نخست، ایجاد ساختارهای کلیوی یکپارچه که شامل هر دو بخش کلیدی نفرون‌ها و مجاری جمع‌آوری هستند. دوم، موفقیت در بلوغ این ساختارها تا سطحی بالاتر از مراحل جنینی که با استفاده از محیط طبیعی بدن موش‌ها محقق شد. سوم، توانایی عملکردی این ساختارها در فیلتر خون، ترشح هورمون و شروع فرآیند ادرارسازی. چهارم، استفاده از آسمبلوئیدها به‌عنوان مدل‌های زنده برای مطالعه بیماری‌های ژنتیکی پیچیده کلیه. از همه مهم‌تر، این پژوهش یک گام اساسی در مسیر ساخت کلیه مصنوعی عملکردی به شمار می‌آید. با توجه به بحران جهانی کمبود کلیه برای پیوند، این نوآوری می‌تواند در آینده نزدیک جان هزاران بیمار را نجات دهد.

گام‌های بعدی و افق‌های آینده

هرچند نتایج این مطالعه بسیار امیدوارکننده است، اما چالش‌های متعددی هنوز باقی مانده‌اند. از جمله این چالش‌ها می‌توان به دستیابی به بلوغ کامل ساختارهای کلیوی انسانی، اطمینان از عملکرد درازمدت، جلوگیری از واکنش‌های ایمنی بدن میزبان و طراحی سیستم‌های گردش خون و دفع ادرار اشاره کرد. گام‌های آینده شامل بهینه‌سازی بیشتر فرآیند بلوغ آسمبلوئیدها در شرایط انسانی، توسعه مدل‌های بیماری پیچیده‌تر و در نهایت، آزمایش‌های پیش‌بالینی جهت پیوند این ساختارها در موجودات زنده پیشرفته‌تر خواهد بود. پژوهشگران همچنین در تلاش‌اند تا محیط‌های مصنوعی مشابه بدن انسان طراحی کنند تا نیاز به پیوند آسمبلوئیدها به بدن حیوانات کاهش یابد. این می‌تواند فرآیندهای پژوهشی را سریع‌تر، ارزان‌تر و قابل کنترل‌تر کند.

جمع‌بندی

مطالعه اخیر تیم دانشگاه USC گام بلندی در تحقق رؤیای تولید کلیه‌های مصنوعی عملکردی به شمار می‌آید. این آسمبلوئیدها نه تنها از نظر ساختار و عملکرد به کلیه‌های واقعی نزدیک‌تر شده‌اند، بلکه امکان مدل‌سازی دقیق بیماری‌های کلیوی را نیز فراهم آورده‌اند. در آینده، چنین دستاوردهایی می‌توانند به تولید اندام‌های جایگزین برای بیماران نیازمند پیوند منجر شوند و تأثیر شگرفی بر آینده پزشکی ترمیمی داشته باشند.

پایان مطلب/.