به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، بیماری خشکی ماکولا که نوع شایع‌تر دژنراسیون ماکولا وابسته به سن محسوب می‌شود، سالانه میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان به سمت نابینایی پیش می‌برد. در این بیماری، سلول‌های اپیتلیوم رنگدانه‌دار شبکیه در ناحیه ماکولا به تدریج از بین می‌روند و این رویداد زنجیره‌ای از تخریب سلول‌های گیرنده نور را آغاز می‌کند که در نهایت به از دست رفتن بینایی مرکزی منجر می‌شود. علیرغم پیشرفت‌های قابل توجه در درمان نوع مرطوب این بیماری با استفاده از عوامل ضد VEGF، برای نوع خشکی که حدود ۸۵ تا ۹۰ درصد موارد را شامل می‌شود، هنوز هیچ درمان مؤثری وجود ندارد و رویکردهای موجود تنها قادر به کند کردن روند پیشرفت بیماری هستند. این شکاف درمانی، ضرورت توسعه مدل‌های انسانی مرتبط با پاتوفیزیولوژی بیماری را برای آزمایش گزینه‌های درمانی جدید به یک اولویت مبرم تبدیل کرده است.

شبیه‌سازی بیماری خشکی ماکولا

در طول دو دهه گذشته، تلاش‌های گسترده‌ای برای شبیه‌سازی بیماری خشکی ماکولا در مدل‌های حیوانی صورت گرفته است. اگرچه این مدل‌ها اطلاعات ارزشمندی را در مورد برخی جنبه‌های بیماری فراهم کرده‌اند، اما تفاوت‌های اساسی بین ساختار شبکیه حیوانات و انسان، همراه با عدم وجود ماکولا در بسیاری از گونه‌ها، همواره به عنوان یک مانع جدی بر سر راه ترجمه نتایج به بالین بیماران مطرح بوده است. همزمان با این چالش‌ها، پیشرفت‌های سریع در فناوری سلول‌های بنیادی پرتوان و زیست‌شناسی تکاملی، رویکرد جدیدی را نوید داده است: ساخت ارگانوئیدهای شبکیه. این ساختارهای سه‌بعدی و خودسازمانده که از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی یا جنینی مشتق می‌شوند، قادرند معماری پیچیده و تنوع سلولی شبکیه انسان را بازتولید کنند. با تمایز این سلول‌ها در شرایط آزمایشگاهی، طی فرآیندی حدود ۱۸۶ روز، ارگانوئیدهای بالغی حاوی لایه‌های مشخصی از سلول‌های گیرنده نور و اپیتلیوم رنگدانه‌دار شکل می‌گیرند که پنجره‌ای بی‌نظیر به زیست‌شناسی و آسیب‌شناسی شبکیه انسان گشوده‌اند.

درباره مطالعه جدید

در مطالعه جدید که به سرپرستی دکتر ماریا ناتالیا ورگارا و همکارانش در دانشگاه کلرادو انجام شده است، پژوهشگران با بهره‌گیری از این توانمندی، ارگانوئیدهای شبکیه مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی را به عنوان بستری برای شبیه‌سازی آسیب‌های مرتبط با بیماری خشکی ماکولا به کار گرفتند. برای القای استرس اکسیداتیو که یکی از مهم‌ترین عوامل خطر و محرک‌های شناخته شده در پاتوژنز این بیماری است، محققان از عصاره سیگار استفاده کردند. انتخاب این عامل استرس‌زا تصادفی نبود؛ مطالعات اپیدمیولوژیک متعدد نشان داده‌اند که استعمال دخانیات قوی‌ترین عامل خطر قابل تعدیل برای ابتلا به دژنراسیون ماکولا وابسته به سن محسوب می‌شود. ارگانوئیدهای بالغ که در شرایط استاندارد کشت داده شده بودند، به مدت زمان مشخصی در معرض غلظت‌های کنترل شده عصاره سیگار قرار گرفتند تا شرایط استرس اکسیداتیو مزمن شبیه‌سازی شود.

روش‌شناسی این مطالعه

روش‌شناسی این مطالعه با دقت بالایی طراحی شده بود تا ضمن حفظ زنده‌مانی ساختار سه‌بعدی ارگانوئیدها، امکان ارزیابی کمی و کیفی مرگ سلولی فراهم شود. تیم تحقیقاتی از ترکیبی از روش‌های تصویربرداری زنده، فلوسیتومتری، ایمونوهیستوشیمی، طیف‌سنجی جرمی پروتئومیکس و آنالیزهای بیوشیمیایی استفاده کردند. پس از تیمار با عصاره سیگار، ارگانوئیدها در فواصل زمانی مختلف جمع‌آوری و مقطع‌گیری شدند. با استفاده از رنگ‌آمیزی TUNEL که شاخصی استاندارد برای تشخیص سلول‌های در حال آپوپتوز است، پژوهشگران توانستند میزان و الگوی مرگ سلولی را در لایه‌های مختلف ارگانوئیدها تعیین کنند. به موازات این روش، تغییرات پتانسیل غشای میتوکندری با استفاده از رنگ‌های فلورسنت حساس به ولتاژ میتوکندریایی ارزیابی شد و سطح پراکسیداسیون لیپیدی به عنوان نشانه‌ای از استرس اکسیداتیو اندازه‌گیری گردید. آنالیز پروتئومیکس نیز برای بررسی تغییرات گسترده در سطح بیان هزاران پروتئین به کار رفت تا تصویری جامع از مسیرهای مولکولی درگیر در تخریب سلولی ارائه دهد.

یافته‌های این مطالعه

یافته‌های این مطالعه حاکی از آن است که تیمار ارگانوئیدهای شبکیه با عصاره سیگار منجر به القای استرس اکسیداتیو قابل توجه، کاهش پتانسیل غشای میتوکندری و در نهایت مرگ سلولی عمدتاً در لایه هسته‌ای خارجی ارگانوئیدها می‌شود؛ منطقه‌ای که به طور طبیعی محل تجمع اجسام سلولی گیرنده‌های نور است. این الگوی تخریب موضعی شباهت قابل توجهی با آنچه در چشم بیماران مبتلا به خشکی ماکولا مشاهده می‌شود، دارد. بررسی دقیق‌تر مکانیسم‌های مرگ سلولی نشان داد که تخریب سلول‌های گیرنده نور در این مدل از طریق دو مسیر اصلی فعال می‌شود: مسیر آپوپتوز درونی (ذاتی) که با فعال شدن کاسپازها همراه است و مسیر فروپتوز که نوعی مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی وابسته به آهن است و با پراکسیداسیون لیپیدی و اختلال در سیستم گلوتاتیون همراهی می‌شود. آنالیزهای پروتئومیکس نیز این یافته‌ها را تأیید کرد و تغییرات گسترده در مسیرهای متابولیک، اکسیداسیون-احیا و مرگ سلولی را نشان داد که به طور قابل توجهی با پاتوفیزیولوژی شناخته شده بیماری خشکی ماکولا همخوانی دارد.

مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش

از مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش، علاوه بر شبیه‌سازی موفقیت‌آمیز بیماری، ایجاد یک پلتفرم استاندارد و کمّی برای غربالگری داروهای پیش‌بالینی است. پژوهشگران موفق شدند با بهینه‌سازی شرایط کشت و اندازه‌گیری‌های زنده، سیستمی قابل اعتماد برای ارزیابی اثر محافظتی ترکیبات دارویی مختلف بر بقای سلول‌های گیرنده نور ایجاد کنند. این پلتفرم قادر است به طور همزمان ده‌ها ترکیب دارویی را در شرایطی مشابه وضعیت بدن انسان آزمایش کند و آن دسته از ترکیباتی را که پتانسیل جلوگیری از مرگ سلول‌های گیرنده نور را دارند، شناسایی نماید. علاوه بر این، داده‌های پروتئومیکس تولید شده در این مطالعه که در پایگاه داده ProteomeXchange با شناسه PXD063075 ثبت شده است، منبع ارزشمندی برای پژوهشگران علاقه‌مند به شناسایی اهداف دارویی جدید در مسیرهای درگیر در خشکی ماکولا فراهم می‌کند.

گام بعدی این مسیر

گام بعدی این مسیر تحقیقاتی، استفاده از این پلتفرم برای غربالگری کتابخانه‌های بزرگ از ترکیبات دارویی تأیید شده و مولکول‌های جدید است تا کاندیداهای امیدوارکننده برای ورود به مطالعات پیش‌بالینی و نهایتاً کارآزمایی‌های بالینی انسانی شناسایی شوند. به موازات این، تلاش‌ها برای افزایش پیچیدگی مدل با افزودن سایر اجزای کلیدی بافت شبکیه مانند سلول‌های اندوتلیال عروقی و سلول‌های ایمنی در حال انجام است. ترکیب ارگانوئیدهای شبکیه با ریزتراشه‌های میکروفلوییدیک که اخیراً توسعه یافته‌اند، امکان مطالعه تعاملات پیچیده بین لایه‌های مختلف سلولی و بررسی نحوه توزیع و متابولیسم داروها را در شرایطی شبیه‌تر به بدن انسان فراهم خواهد کرد. با توجه به اینکه بیش از ۲۰۰ میلیون نفر در سراسر جهان از دژنراسیون ماکولا رنج می‌برند و با پیر شدن جمعیت جهانی این آمار رو به افزایش است، توسعه مدل‌های مؤثر برای یافتن درمانی برای نوع خشکی این بیماری که تاکنون گریبانگیر جامعه پزشکی بوده، از ضرورت‌های انکارناپذیر حوزه سلامت به شمار می‌رود. مدل ارگانوئیدی معرفی شده در این مطالعه، با ارائه بستری انسانی، قابل اعتماد و قابل غربالگری، امید تازه‌ای برای عبور از این چالش بزرگ ایجاد کرده است.

پایان مطالب/.