به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان دانشگاه گلاسگو موفق شدند با ساخت نخستین مدل مهندسی‌شده زیستی از مغز استخوان، راهی نوین برای مطالعه لوسمی و آزمودن درمان‌های پیشرفته مانند ترکیب فناوری‌های CRISPR و CAR T-cell ارائه دهند. این پیشرفت علمی می‌تواند مسیر توسعه درمان‌های انسانی‌تر، ایمن‌تر و دقیق‌تر را برای بیماران مبتلا به سرطان‌های خونی هموار کند. در پژوهشی که نتایج آن در نشریه Biomaterials منتشر شده، محققان دانشگاه گلاسگو با استفاده از هیدروژل‌های پپتیدی سنتتیک، مدلی زیستی از جایگاه مغز استخوان طراحی کرده‌اند که محیط طبیعی سلول‌های بنیادی خونساز را بازسازی می‌کند. در این مدل، ترکیب دو فناوری پیشرفته، یعنی درمان سلولی CAR T و ویرایش ژنی CRISPR، برای هدف‌گیری سلول‌های سرطانی لوسمی میلوئیدی حاد (AML) آزمایش شد. یافته‌ها نشان دادند که مدل‌های سنتی آزمایشگاهی معمولاً اثربخشی درمان را بیش از حد واقعی نشان می‌دهند و از شناسایی عوارض جانبی درمان بر سلول‌های سالم ناتوان‌اند. مدل جدید، به‌دلیل شباهت بیشتر به محیط انسانی، توانست نتایجی واقع‌گرایانه‌تر ارائه دهد و گامی مؤثر در کاهش نیاز به مدل‌های حیوانی در پژوهش‌های زیست‌پزشکی بردارد.

مقدمه
لوسمی میلوئیدی حاد یکی از کشنده‌ترین انواع سرطان‌های خونی در بزرگسالان است. این بیماری از جهش در سلول‌های بنیادی خونساز آغاز می‌شود که به‌مرور کنترل تقسیم و تمایز خود را از دست داده و سلول‌های خونی نابالغی تولید می‌کنند که عملکرد طبیعی خون را مختل می‌سازند. مطالعه این سلول‌ها در خارج از بدن انسان بسیار دشوار است؛ زیرا به‌محض خارج شدن از محیط مغز استخوان، دچار تغییرات سریع یا مرگ سلولی می‌شوند. همین محدودیت موجب شده تا برای آزمودن روش‌های درمانی نو مانند CAR T-cell، پژوهشگران به مدل‌های حیوانی متوسل شوند. اما تفاوت‌های زیستی میان انسان و حیوان باعث شده این مدل‌ها نتوانند پیش‌بینی دقیقی از واکنش بدن انسان به درمان ارائه دهند.پژوهشگران دانشگاه گلاسگو با هدف رفع این مشکل، دست به ساخت محیطی مصنوعی زدند که ساختار و ترکیب مغز استخوان انسان را در شرایط آزمایشگاهی بازسازی می‌کند. این دستاورد، نه‌تنها جایگزینی اخلاقی‌تر برای مدل‌های حیوانی به شمار می‌رود، بلکه می‌تواند شکاف میان پژوهش‌های آزمایشگاهی و درمان‌های بالینی را نیز کاهش دهد.

تاریخچه
درمان لوسمی طی دهه‌های گذشته عمدتاً بر پایه شیمی‌درمانی و پیوند مغز استخوان استوار بوده است. با ظهور درمان‌های سلولی، امید تازه‌ای برای بیماران پدید آمد. روش CAR T-cell با بازبرنامه‌ریزی سلول‌های ایمنی بدن بیمار، آن‌ها را به سلاحی قدرتمند علیه سلول‌های سرطانی تبدیل می‌کند. با این حال، به‌کارگیری این روش در AML با چالش‌هایی همراه بوده است. از جمله، سلول‌های سالم خونساز نیز ممکن است هدف این سلول‌های مهندسی‌شده قرار گیرند و این امر سبب بروز سمیت و آسیب‌های جدی در بدن شود.
پژوهش‌های اخیر در حوزه زیست‌فناوری نشان می‌دهد که ترکیب فناوری ویرایش ژن CRISPR با درمان CAR T می‌تواند این مشکل را کاهش دهد. در این روش، سلول‌های سالم به‌گونه‌ای ویرایش می‌شوند که برای سلول‌های CAR T قابل شناسایی نباشند و تنها سلول‌های سرطانی هدف قرار گیرند. با این وجود، ارزیابی ایمنی و کارایی این روش ترکیبی پیش از آزمایش انسانی، به دلیل نبود مدل انسانی دقیق از مغز استخوان، تاکنون ممکن نبوده است.

شیوه مطالعاتی

در پژوهش اخیر، تیم دانشگاه گلاسگو با استفاده از فناوری مهندسی بافت، نوعی هیدروژل پپتیدی سنتتیک طراحی کردند که ویژگی‌های مکانیکی و زیستی مغز استخوان را بازسازی می‌کند. این هیدروژل، بستری سه‌بعدی برای رشد سلول‌های بنیادی خونساز و سلول‌های پشتیبان فراهم می‌آورد تا بتوان رفتار آن‌ها را در محیطی شبیه واقعیت بررسی کرد.در گام بعدی، پژوهشگران سلول‌های لوسمی و سلول‌های CAR T مهندسی‌شده را وارد این محیط کردند تا کارایی درمان در شرایط نزدیک به بدن انسان سنجیده شود. همچنین، از فناوری ویرایش ژن CRISPR برای تغییر سلول‌های سالم استفاده شد تا امکان مقایسه دقیق میان سلول‌های دست‌نخورده و سلول‌های مهندسی‌شده فراهم شود.محققان سپس داده‌های به‌دست‌آمده را با نتایج روش‌های سنتی کشت سلولی در پتری دیش مقایسه کردند. تفاوت‌های چشمگیر میان این دو روش، اهمیت مدل‌های زیستی پیچیده‌تر را در تحقیقات سرطان آشکار ساخت.

نتایج
یافته‌ها نشان دادند که مدل مهندسی‌شده مغز استخوان توانست رفتار واقعی‌تر درمان CAR T را در محیط انسانی بازسازی کند. در حالی‌که در آزمایش‌های دو بعدی، درمان به‌ظاهر اثربخشی بالایی داشت، در مدل سه‌بعدی مشخص شد که بخشی از سلول‌های سرطانی در برابر درمان مقاومت نشان می‌دهند و همزمان، برخی سلول‌های سالم نیز ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند. این نتایج ثابت کرد که مدل‌های ساده‌سازی‌شده، میزان موفقیت درمان را بیش از حد واقعی نشان می‌دهند و از شناسایی خطرات بالقوه بازمی‌مانند.
پژوهشگران همچنین دریافتند که استفاده از ترکیب CRISPR و CAR T می‌تواند به کاهش سمیت سلولی و افزایش دقت درمان کمک کند، مشروط بر آنکه تنظیمات ژنی با دقت بالا انجام شود. مهم‌تر از همه، مدل جدید توانست بدون نیاز به حیوانات، رفتار درمان را در سطح سلولی و بافتی بررسی کند و این خود گامی مهم به سوی پژوهش‌های غیرحیوانی و انسانی‌تر است.

دستاورد
نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که استفاده از مدل مهندسی‌شده زیستی نه‌تنها موجب افزایش دقت پژوهش‌ها می‌شود، بلکه می‌تواند هزینه‌ها و زمان لازم برای توسعه دارو را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. این مدل، به پژوهشگران امکان می‌دهد تا پیش از ورود درمان‌ها به مرحله کارآزمایی بالینی، ایمنی و اثربخشی آن‌ها را با اطمینان بیشتری بسنجند. دکتر هانا دانلی، از اعضای تیم پژوهشی، تأکید کرد که با استفاده از سلول‌های انسانی در محیطی شبیه به بافت واقعی، می‌توان خطاهای پیش‌بینی در درمان‌های سلولی را کاهش داد و از شکست‌های پرهزینه در مراحل بالینی جلوگیری کرد.به‌گفته او، این مدل نه‌تنها کاربرد گسترده‌ای در لوسمی دارد، بلکه می‌تواند برای مطالعه دیگر سرطان‌های خونی یا حتی بافت‌های مغز استخوانی دچار نارسایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

گام بعدی مطالعه

پژوهشگران در نظر دارند در گام‌های بعدی، مدل مهندسی‌شده را با افزودن اجزای بیشتری از محیط طبیعی مغز استخوان مانند سلول‌های ایمنی، عروق خونی و ماتریکس خارج سلولی بهبود دهند تا شباهت آن به بدن انسان کامل‌تر شود. همچنین، برنامه‌هایی برای استفاده از این مدل در بررسی درمان‌های ترکیبی جدید، داروهای ایمن‌تر و حتی آزمون اثرات سمّی داروها در مراحل پیش‌بالینی در دست اجراست.در آینده، این مدل می‌تواند به‌عنوان جایگزینی استاندارد برای حیوانات آزمایشگاهی در پژوهش‌های سرطان مطرح شود و روند توسعه درمان‌های ژنی و سلولی را شتاب بخشد.

پایان مطلب/.