به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، بدن انسان مجموعه‌ای از اندام‌های مستقل نیست. قلب، کلیه، کبد، روده، ریه و سایر اندام‌ها از طریق خون، هورمون‌ها، مواد پیام‌رسان و سلول‌های مختلف دائماً با یکدیگر ارتباط دارند. بنابراین بررسی عملکرد یک اندام به‌تنهایی همیشه نمی‌تواند تصویری کامل از رفتار آن در بدن انسان ارائه دهد. پژوهشگران اکنون با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی و فناوری‌های میکروفلوئیدیک، مدل‌هایی ایجاد می‌کنند که در آنها چند بافت انسانی به یکدیگر متصل می‌شوند تا ارتباط واقعی میان اندام‌ها در محیط آزمایشگاه بازسازی شود. یکی از نمونه‌های مهم این رویکرد، اتصال مدل‌های قلب و کلیه برای بررسی ارتباط متقابل این دو اندام است؛ مسیری که می‌تواند آینده مطالعه بیماری‌های پیچیده، آزمایش داروها و پزشکی شخصی‌سازی‌شده را تغییر دهد.

فناوری ارگانوئید

فناوری ارگانوئید با پیشرفت سلول‌های بنیادی پرتوان و سلول‌های بنیادی بافتی توسعه پیدا کرد. دانشمندان دریافتند که سلول‌ها در شرایط مناسب می‌توانند به شکل خودسازمان‌یافته ساختارهای سه‌بعدی ایجاد کنند. این ساختارها از نظر اندازه کوچک هستند، اما می‌توانند برخی ویژگی‌های معماری و عملکرد اندام واقعی را بازسازی کنند. در ابتدا ارگانوئیدهای روده، سپس مدل‌های مغزی، کبدی، کلیوی و قلبی توسعه پیدا کردند. هر کدام از این مدل‌ها امکان مطالعه بخشی از زیست‌شناسی انسان را فراهم کردند که پیش‌تر دسترسی به آن دشوار بود. اما محدودیت اصلی به‌تدریج آشکار شد. بدن انسان از اندام‌های جداگانه تشکیل نشده است. ارگانوئید قلبی در محیط آزمایشگاه نمی‌تواند به‌طور کامل نشان دهد که در حضور مواد تولیدشده توسط کبد یا کلیه چه اتفاقی برای آن رخ می‌دهد. هم‌زمان با توسعه ارگانوئیدها، فناوری «اندام روی تراشه» نیز پیشرفت کرد. در این فناوری، سلول‌ها و بافت‌های انسانی در کانال‌های بسیار کوچک قرار می‌گیرند و شرایطی مانند جریان مایع، فشار و محیط مکانیکی قابل کنترل ایجاد می‌شود. ترکیب این دو فناوری، یعنی ارگانوئید و اندام روی تراشه، زمینه شکل‌گیری مدل‌های چنداندامی را ایجاد کرد.

شیوه مطالعاتی

یکی از رویکردهای جدید استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی است. این سلول‌ها می‌توانند از سلول‌های انسانی به دست آیند و سپس به انواع مختلف سلول‌های تخصصی تبدیل شوند. پژوهشگران می‌توانند از یک منبع سلولی، سلول‌های قلبی، کلیوی، کبدی یا انواع دیگر سلول‌ها را تولید کنند. برای ساخت یک مدل چنداندامی، ابتدا هر بافت به‌صورت جداگانه ایجاد می‌شود. برای مثال، سلول‌های بنیادی به سلول‌های قلبی تبدیل شده و ساختارهای سه‌بعدی قلبی ایجاد می‌کنند. در بخش دیگر سامانه نیز سلول‌های بنیادی به سلول‌های کلیوی هدایت می‌شوند و ساختارهای شبه‌کلیوی تشکیل می‌دهند.

نتایج

مدل‌های چنداندامی نشان داده‌اند که امکان حفظ عملکرد اختصاصی چند نوع بافت در یک سامانه مشترک وجود دارد. در مدل‌های قلب و کلیه، بافت قلبی می‌تواند فعالیت اختصاصی خود را حفظ کند و در همان زمان، مدل کلیوی نیز ویژگی‌های سلولی خود را نشان دهد. این مسئله به پژوهشگران اجازه می‌دهد ارتباط میان دو اندام را در یک محیط کنترل‌شده بررسی کنند. اهمیت این موضوع زمانی بیشتر مشخص می‌شود که یکی از اندام‌ها دچار آسیب شود. اگر یک ماده باعث آسیب سلول‌های کلیوی شود، مواد آزادشده از بافت آسیب‌دیده ممکن است از طریق محیط مشترک به بخش قلبی برسند. در نتیجه پژوهشگر می‌تواند بررسی کند که آیا آسیب اولیه کلیه، تغییراتی در عملکرد قلب ایجاد می‌کند یا خیر. این نوع مطالعه می‌تواند به درک بهتر بیماری‌هایی کمک کند که در آنها چند اندام هم‌زمان درگیر می‌شوند. همچنین این مدل‌ها برای مطالعه داروها اهمیت زیادی دارند. یک دارو ممکن است مستقیماً بر یک اندام اثر کند، اما پس از متابولیسم در کبد یا دفع از طریق کلیه، مواد دیگری تولید کند که بر اندام‌های دیگر اثر بگذارند.

دستاورد

مهم‌ترین دستاورد مدل‌های چنداندامی، عبور از مطالعه «یک اندام در یک زمان» به مطالعه «ارتباط اندام‌ها» است. این تغییر می‌تواند درک دانشمندان از بیماری‌های پیچیده را افزایش دهد. بیماری‌های قلبی، کلیوی، کبدی و متابولیک اغلب دارای ارتباطات متقابل هستند و بررسی آنها در یک سیستم واحد می‌تواند اطلاعات بیشتری نسبت به مطالعه سلول‌های منفرد فراهم کند. کاربرد دیگر این فناوری در توسعه دارو است. در مراحل اولیه تولید یک دارو، پژوهشگران باید علاوه بر اثربخشی، ایمنی آن را نیز بررسی کنند. برخی عوارض دارو ممکن است در یک اندام ظاهر نشوند و تنها زمانی مشاهده شوند که دارو در بدن متابولیزه شده و محصولات حاصل از آن به اندام دیگری برسند. مدل چنداندامی می‌تواند این فرایند را بهتر شبیه‌سازی کند.در آینده حتی می‌توان از سلول‌های یک فرد برای تولید ارگانوئیدهای مختلف استفاده کرد و یک مدل چنداندامی اختصاصی از همان فرد ایجاد کرد.

گام بعدی مطالعه

گام بعدی پژوهشگران، افزایش تعداد اندام‌های موجود در یک سامانه و نزدیک‌تر کردن شرایط آن به بدن انسان است.ئمدل قلب و کلیه تنها یکی از نمونه‌های ممکن است. در آینده می‌توان سیستم‌هایی ایجاد کرد که شامل قلب، کبد، کلیه، روده و ریه باشند. چنین سامانه‌ای می‌تواند برای بررسی مسیر حرکت دارو در بدن بسیار ارزشمند باشد. یک داروی خوراکی ابتدا وارد روده می‌شود، سپس از طریق گردش خون به کبد می‌رسد، در آنجا ممکن است تغییر کند و بعد وارد جریان عمومی خون شود. سپس مواد دارویی و متابولیت‌های آن می‌توانند بر قلب و سایر اندام‌ها اثر بگذارند و در نهایت بخشی از آنها توسط کلیه دفع شوند. بازسازی چنین زنجیره‌ای در یک سامانه آزمایشگاهی می‌تواند یکی از مهم‌ترین کاربردهای آینده فناوری چنداندامی باشد. با وجود این محدودیت‌ها، مسیر حرکت فناوری کاملاً مشخص است. ارگانوئیدها در حال تبدیل شدن از مدل‌های کوچک و منفرد به اجزای یک سیستم انسانی پیچیده‌تر هستند. هدف نهایی ساخت یک انسان مصنوعی در آزمایشگاه نیست؛ بلکه ایجاد یک مدل زیستی کنترل‌شده است که بتواند بخش‌هایی از تعاملات واقعی بدن را بازسازی کند.

پایان مطالب/.