به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سیستم عروقی، یکی از حیاتی‌ترین و پیچیده‌ترین ساختارهای بدن انسان، نقش محوری در رشد، ترمیم بافت‌ها و بیماری‌ها ایفا می‌کند. از دیرباز، محققان به دنبال روش‌هایی برای بازسازی این شبکه حیاتی در محیط آزمایشگاه بوده‌اند تا بتوانند بیماری‌های عروقی را مدل‌سازی کنند، داروهای جدید را آزمایش نمایند و در نهایت از آن برای درمان بیماران استفاده کنند. با ظهور سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی، امیدها برای دستیابی به این هدف افزایش یافت، زیرا این سلول‌ها توانایی تمایز به هر نوع سلولی از جمله سلول‌های اندوتلیال که سازنده دیواره داخلی رگ‌ها هستند و سلول‌های دیواره عروقی را دارند. با این حال، روش‌های سنتی تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های عروقی با چالش‌های متعددی روبرو بودند. این روش‌ها اغلب زمان‌بر بودند و گاهی تا سه هفته به طول می‌انجامیدند. همچنین ناهمگونی بالایی در جمعیت سلولی حاصل وجود داشت و کنترل دقیقی بر نسبت سلول‌های اندوتلیال به سلول‌های دیواره عروقی امکان‌پذیر نبود. علاوه بر این، بسیاری از این پروتکل‌ها به محیط‌های خارج سلولی مانند ماتریژل وابسته بودند که استفاده از آنها را برای کاربردهای بالینی با محدودیت مواجه می‌کرد.

درباره مطالعه

در سال‌های اخیر، پژوهشگران به دنبال روش‌های نوینی برای غلبه بر این موانع بوده‌اند. یکی از این رویکردها، برنامه‌ریزی مستقیم یا Forward Programming نام دارد که در آن با فعال‌سازی هدفمند فاکتورهای رونویسی خاص، سلول‌های بنیادی به سرعت به رده‌های سلولی مورد نظر هدایت می‌شوند. در زمینه عروق، دو فاکتور رونویسی کلیدی شناسایی شده‌اند: ETV2 که نقش اصلی را در تعیین سرنوشت سلول‌های اندوتلیال دارد و NKX3.1 که سلول‌ها را به سمت رده سلول‌های دیواره عروقی سوق می‌دهد. در مطالعه جدیدی که به سرپرستی پژوهشگران دانشگاه پکن و دانشگاه هاروارد انجام شده، محققان با استفاده از همین رویکرد، موفق به توسعه روشی کارآمد برای تولید ارگانوئیدهای عروقی شده‌اند. آن‌ها با طراحی سلول‌های بنیادی پرتوان القایی حاوی سیستم‌های قابل القا با داکسی‌سایکلین برای ETV2 و NKX3.1، توانستند هم‌زمان و به طور مستقل، تمایز سلول‌های بنیادی را به دو رده سلول‌های اندوتلیال و سلول‌های دیواره عروقی هدایت کنند. این سلول‌ها در یک محیط سه‌بعدی کشت شده و در عرض تنها پنج تا شش روز، ارگانوئیدهای عروقی با اندازه یکنواخت و ساختارهای لوله‌ای با قطبیت آپیکال-بازال تشکیل دادند.

مزایای این مطالعه

یکی از مزیت‌های کلیدی این روش، قابلیت تنظیم دقیق ترکیب سلولی ارگانوئیدهاست. محققان می‌توانند با تغییر نسبت القای هر یک از فاکتورهای رونویسی، نسبت سلول‌های اندوتلیال به سلول‌های دیواره عروقی را در ارگانوئید نهایی کنترل کنند. این ویژگی برای مطالعه برهم‌کنش‌های پیچیده بین این دو نوع سلول و نیز برای کاربردهای درمانی که نیاز به نسبت مشخصی از سلول‌ها دارند، حیاتی است. برای بررسی عملکرد ارگانوئیدهای تولید شده، محققان از چندین رویکرد استفاده کردند. ابتدا، آن‌ها ارگانوئیدها را در محیط‌های کشت حاوی ماتریکس خارج سلولی قرار دادند تا بلوغ بیشتر آنها را بررسی کنند. نتایج نشان داد که قرار گرفتن در معرض ماتریکس خارج سلولی باعث تشکیل رگ‌های بزرگتر و ساختاریافته‌تر می‌شود و بیان نشانگرهای بلوغ را در سلول‌ها افزایش می‌دهد.

روش‌های مطالعه

همچنین، با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مانند توالی‌یابی RNA تک سلولی، محققان تنوع سلولی موجود در ارگانوئیدها را بررسی کردند و دریافتند که مدت زمان فعال‌سازی فاکتورهای رونویسی می‌تواند فنوتیپ سلول‌های اندوتلیال را از نظر شریانی یا رگ‌زایی تعدیل کند که این امر برای مدل‌سازی بیماری‌های خاص عروقی بسیار حائز اهمیت است. ارزیابی عملکرد ارگانوئیدها در محیط زنده، گامی مهم در تأیید کارایی این رویکرد بود. محققان ارگانوئیدها را به موش‌های ایمنی‌ضعیف پیوند زدند و مشاهده کردند که این ارگانوئیدها با میزبان ادغام شده و شبکه‌های عروقی قابل پرفیوژن یعنی دارای جریان خون تشکیل می‌دهند. این نشان می‌دهد که ارگانوئیدهای تولید شده، علاوه بر ساختار، از نظر عملکردی نیز توانایی ایجاد رگ‌های خونی فعال را دارند. کاربرد این دستاورد در مدل‌های بیماری نیز به اثبات رسید. در مدل ایسکمی اندام تحتانی موش که شرایطی مشابه با بیماری گرفتگی عروق در انسان است، تزریق ارگانوئیدهای عروقی باعث افزایش قابل توجه پرفیوژن بافتی و کاهش نکروز ناشی از ایسکمی شد. همچنین در مدل پیوند جزایر پانکراس برای درمان دیابت، هم‌پیوندی ارگانوئیدهای عروقی با جزایر پانکراس، باعث افزایش رگزایی و بهبود عملکرد جزایر پیوندی گردید و کنترل قند خون را در موش‌های دیابتی بهبود بخشید. این دستاوردها نشان می‌دهد که ارگانوئیدهای عروقی تولید شده با روش برنامه‌ریزی مستقیم، می‌توانند به عنوان پلتفرمی قدرتمند برای مدل‌سازی بیماری‌های ارثی عروقی مانند سندرم CADASIL که یک بیماری نادر عروقی مغز است، ناهنجاری‌های عروقی مغز و همچنین برای غربالگری داروهای ضد رگزایی یا محرک رگزایی مورد استفاده قرار گیرند.

نتایج کسب شده از مطالعه

توانایی مشاهده مستقیم شبکه‌های عروقی بدون نیاز به رنگ‌آمیزی با استفاده از رده‌های سلولی گزارشگر، این سیستم را برای غربالگری با توان بالا بسیار کارآمد کرده است. همچنین این ارگانوئیدها می‌توانند در آینده به عنوان بافت کمکی برای پیوند با سایر اندام‌ها به کار روند تا خون‌رسانی به بافت پیوندی بهبود یابد و همچنین به صورت مستقیم برای درمان ایسکمی اندام‌ها از طریق تزریق استفاده شوند. با وجود این پیشرفت‌های چشمگیر، راه طولانی تا تبدیل این دستاوردهای آزمایشگاهی به درمان‌های بالینی قابل دسترس باقی مانده است. یکی از مهم‌ترین گام‌های آینده، انجام مطالعات پیش‌بالینی گسترده‌تر بر روی مدل‌های حیوانی بزرگ‌تر با شباهت فیزیولوژیکی بیشتر به انسان است تا ایمنی و اثربخشی این رویکرد به طور کامل تأیید شود. همچنین، محققان باید روش‌های تولید ارگانوئیدها را با استفاده از mRNA به جای سیستم‌های القا با داکسی‌سایکلین بهینه‌سازی کنند تا امکان استفاده از این روش در کاربردهای بالینی با ایمنی بالاتر فراهم شود، چراکه استفاده از داکسی‌سایکلین در انسان با محدودیت‌هایی همراه است.

گام بعدی مطالعه

توسعه روش‌های کشت با قابلیت مقیاس‌پذیری صنعتی و همچنین بررسی بقا و عملکرد طولانی‌مدت ارگانوئیدها پس از پیوند در بدن میزبان، از دیگر چالش‌های پیش روست که باید در گام‌های بعدی این پژوهش مورد توجه قرار گیرند. علاوه بر این، تحقیقات بیشتری برای درک بهتر برهم‌کنش ارگانوئیدها با سیستم ایمنی میزبان و نیز توسعه روش‌هایی برای جلوگیری از پس‌زدگی ایمنی ضروری است. با توجه به سرعت پیشرفت در این حوزه، به نظر می‌رسد ارگانوئیدهای عروقی مصنوعی بتوانند در سال‌های آینده نقشی کلیدی در پزشکی بازساختی ایفا کنند و راه را برای درمان بیماری‌های عروقی که امروزه گزینه‌های درمانی محدودی دارند، هموار سازند.

پایان مطالب/.