به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در یک مطالعه، محققان کالج سلطنتی جراحان در دوبلین، ایرلند، برای اولین بار روشی ساده و کارآمد را برای انتقال مولکول‌های کوچک RNA غیرکدکننده (مانند siRNA و miRNA) به درون اسفروئیدهای سه‌بعدی ریوی مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (iPSCs) ارائه کرده‌اند. این روش که «ترارسانی درجا» نامیده می‌شود، شامل اضافه کردن مستقیم مخلوط ترارسانی به محیط کشت اطراف اسفروئیدها بدون نیاز به جدا کردن آن‌ها از ماتریکس سه‌بعدی (متریژل) است. این پژوهش نشان داد که این روش با کارایی حدود ۵۰ درصد، منجر به کاهش معنادار ۵۳ درصدی در بیان mRNA هدف توسط siRNA و کاهش ۲۷ درصدی در سطح پروتئین هدف توسط miRNA می‌شود. این دستاورد، امکان مطالعه عملکرد ژن‌ها و miRNAها در مدل‌های بیماری پیچیده سه‌بعدی را که به بافت ریه انسان بسیار نزدیک‌تر هستند، فراهم می‌کند و پتانسیل بالایی در تسریع کشف داروهای جدید برای بیماری‌های ریوی دارد.

معرفی اسفروئیدهای ریوی: مدل‌های پیشرفته برای مطالعه بیماری‌ها

اسفروئیدهای سه‌بعدی مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) به عنوان مدل‌های پیش بالینی قدرتمندی برای مطالعه رفتار سلولی و بیماری‌ها در محیطی که به بافت طبیعی شبیه‌تر است، شناخته می‌شوند. این ساختارها به ویژه برای مدل‌سازی بافت‌های دور از دسترس مانند ریه، که مطالعه مستقیم آن‌ها دشوار است، ایده‌آل هستند. با این حال، ماتریکس خارج سلولی (ECM) که این اسفروئیدها را در بر می‌گیرد، می‌تواند مانعی برای انتقال مواد ژنتیکی به درون آن‌ها ایجاد کند. روش‌های قبلی ترارسانی اغلب مستلزم جداسازی و حتی تخریب این ساختارهای سه‌بعدی بودند که باعث از دست رفتن مزیت اصلی این مدل‌ها می‌شد. بنابراین، توسعه روشی که بتواند مولکول‌ها را به طور موثر و بدون آسیب به ساختار اسفروئید به درون آن‌ها منتقل کند، یک نیاز حیاتی در تحقیقات زیست‌پزشکی مدرن محسوب می‌شود.

چالش‌های موجود در ترارسانی اسفروئیدها

پیش از این، روش‌های مختلفی برای ترارسانی اسفروئیدها گزارش شده بود، از جمله الکتروپوریشن، استفاده از معرف‌های مبتنی بر لیپوزوم، و اخیراً یک روش بدون نیاز به معرف ترارسانی. با این حال، هر یک از این روش‌ها محدودیت‌هایی داشتند. برخی منجر به جذب ناهمگون siRNA در ساختار سه‌بعدی می‌شدند، برخی دیگر نیاز به جداسازی کامل اسفروئیدها از ماتریکس داشتند، و در برخی موارد لازم بود اسفروئیدها به سلول‌های تکی تجزیه شوند قبل از دستکاری ژنتیکی. این فرآیندها نه تنها زمان‌بر و پرهزینه بودند، بلکه ممکن بود تأثیر دستکاری ژنتیکی در سلول‌های تکی با تأثیر آن در اسفروئیدهای سه‌بعدی کاملاً متفاوت باشد.

روش ترارسانی «درجا»: ساده، موثر و غیرمخرب

در این مطالعه، پژوهشگران سه روش مختلف ترارسانی را روی اسفروئیدهای آلوئولار نوع II (iAT2) مقایسه کردند: ترارسانی «درجا» (اسفروئیدها دست‌نخورده در متریژل باقی می‌مانند)، ترارسانی اسفروئیدهای جدا شده از متریژل، و ترارسانی سلول‌های تکی حاصل از تجزیه اسفروئیدها. نتایج نشان داد که اگرچه روش جدا کردن اسفروئیدها از متریژل بالاترین کارایی ترارسانی (حدود ۸۶٪) را داشت، اما این روش بسیار پرزحمت و پرهزینه بود و منجر به تغییر شکل و آسیب به ساختار سه‌بعدی اسفروئیدها شد. در مقابل، روش «درجا» با کارایی قابل قبول ۵۰ درصدی، بدون ایجاد سمیت سلولی قابل توجه و بدون آسیب به ساختار اسفروئیدها، به عنوان روش بهینه انتخاب شد. این روش در شرایط بدون سرم انجام شد و استفاده از سرم مزیت اضافه‌ای نشان نداد.

کارایی عملکردی: از کاهش بیان ژن تا مهار پروتئین

برای اثربخشی روش، پژوهشگران نشان دادند که ترارسانی «درجا» تنها به ورود مولکول‌ها محدود نمی‌شود، بلکه منجر به اثرات عملکردی قوی نیز می‌گردد. با استفاده از siRNA علیه ژن SFTPC (یک نشانگر اختصاصی سلول‌های آلوئولار نوع II)، آن‌ها موفق به کاهش ۵۳ درصدی در سطح mRNA این ژن شدند. علاوه بر این، ترارسانی یک miRNA شبیه‌سازیشده به نام miR-29c منجر به افزایش ۹ برابری بیان این miRNA و در پی آن، کاهش ۲۷ درصدی در سطح پروتئین هدف آن به نام FOXO3a گردید. این نتایج به وضوح نشان می‌دهد که مولکول‌های RNA کوچک ترارسانی شده نه تنها به سلول‌ها راه می‌یابند، بلکه به طور فعال در مسیرهای سیگنالینگ سلولی دخالت کرده و عملکرد زیستی خود را اعمال می‌کنند.

تعمیم‌پذیری روش: موفقیت در یک مدل ریوی دیگر

برای آزمایش قابلیت تعمیم این روش، محققان آن را روی یک مدل اسفروئید ریوی دیگر به نام اسفروئیدهای سلول‌های بازال (iBC) نیز آزمایش کردند. این اسفروئیدها مدلی برای مجاری هوایی فوقانی هستند. آن‌ها با ترارسانی pre-miR-21 به این اسفروئیدها، موفق به افزایش ۱۳ برابری در سطح این miRNA شدند. اگرچه کاهش معناداری در mRNA هدف آن (PTEN) مشاهده نشد، اما این موضوع احتمالاً به دلیل کارایی ترارسانی پایین‌تر (۱۴٪) در این مدل خاص از اسفروئیدها بوده است. این یافته نشان می‌دهد که اگرچه روش «درجا» قابل تعمیم است، اما ممکن است نیاز به بهینه‌سازی برای انواع مختلف سلول‌ها و اسفروئیدها داشته باشد.

مقایسه با مطالعات پیشین و نوآوری این تحقیق

این مطالعه اولین گزارش مقایسه‌ای مستقیم روش‌های مختلف ترارسانی در مدل‌های اسفروئیدی ریوی مشتق از iPSCs انسان است. در مقایسه با پژوهش‌های قبلی که عمدتاً بر روی اسفروئیدهای سرطانی یا اولیه موش متمرکز بودند، این تحقیق مسیرهای بهینه‌سازی شده‌ای را برای مدل‌های انسانی ارائه می‌دهد. نوآوری دیگر، تأکید بر حفظ ساختار سه‌بعدی و استفاده از شرایط بدون سرم است که با محیط کشت معمول این سلول‌ها سازگاری بیشتری دارد.

کاربردها و Implications: گامی به سوی پزشکی شخصی و کشف دارو

این دستاورد علمی کاربردهای گسترده‌ای دارد. از یک سو، با امکان دستکاری موقت و سریع ژن‌ها و miRNAها در مدل‌های بیماری پیچیده سه‌بعدی، به محققان اجازه می‌دهد تا عملکرد این مولکول‌ها را در پاتولوژی بیماری‌هایی مانند فیبروز ریوی ایدیوپاتیک (IPF) و فیبروز کیستیک (CF) با دقت بیشتری مطالعه کنند. از سوی دیگر، این روش پلتفرم مناسبی برای غربالگری داروهای جدید بر پایه oligonucleotide (مانند داروهای siRNA) فراهم می‌کند. از آنجایی که اسفروئیدها می‌توانند از سلول‌های بیماران خاص تولید شوند، این روش پتانسیل بالایی در توسعه درمان‌های شخصی‌شده برای بیماری‌های ریوی دارد.

محدودیت‌ها و جهت‌گیری‌های آینده پژوهش

این مطالعه اگرچه موفقیت‌آمیز بوده، اما محدودیت‌هایی نیز دارد. همانطور که اشاره شد، کارایی ترارسانی در مدل iBC به طور قابل توجهی کمتر از iAT2 بود. همچنین، توزیع siRNA در اسفروئیدها ممکن است یکنواخت نباشد و عمدتاً در لایه‌های سطحی متمرکز شود. برای آینده، بهینه‌سازی بیشتر پروتکل ترارسانی برای مدل‌های مختلف، بررسی روش‌های جایگزین مانند استفاده از نانوذرات بیوکامپتیبل برای انتقال کارگو، و همچنین انجام مطالعات با دوزها و زمان‌های مختلف ترارسانی پیشنهاد می‌شود.

جمع‌بندی و چشم‌انداز آینده

به طور خلاصه، این مطالعه برای اولین بار یک روش ساده، قابل اعتماد و غیرمخرب را برای ترارسانی موثر مولکول‌های کوچک RNA به درون اسفروئیدهای ریوی مشتق از iPSCs انسان معرفی کرده است. این روش «درجا» با حفظ ساختار سه‌بعدی و عملکردی اسفروئیدها، دریچه‌ای جدید به سوی مطالعات کارکردی پیشرفته و کشف دارو در مدل‌های بیماری که به فیزیولوژی انسان بسیار نزدیک‌تر هستند، می‌گشاید. چالش آینده، بهینه‌سازی این روش برای انواع مختلف سلول‌ها و اسفروئیدها و همچنین بهبود کارایی ترارسانی، به ویژه برای اسفروئیدهای بسیار فشرده خواهد بود. بدون شک، این فناوری سهم مهمی در پیشبرد پزشکی بازساختی ریوی و توسعه درمان‌های نوین ایفا خواهد کرد.

پایان مطلب/.