به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تأمین خون‌رسانی یکی از چالش‌های مهم در تولید بافت‌های مهندسی‌شده و ارگانوئیدهای انسانی است. در پژوهشی منتشرشده در مجله Cell Regeneration در سال ۲۰۲۶، دانشمندان روشی برای تولید ارگانوئیدهای عروقی مصنوعی از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی معرفی کرده‌اند. در این روش، دو فاکتور رونویسی ETV2 و NKX3.1 به‌صورت کنترل‌شده فعال می‌شوند تا سلول‌های بنیادی به‌ترتیب به سلول‌های اندوتلیال و سلول‌های دیواره‌ای عروق تمایز پیدا کنند. ویژگی مهم این فناوری، سرعت تولید، امکان کنترل ترکیب سلولی و قابلیت مشاهده شبکه‌های عروقی با نشانگرهای فلورسنت است. همچنین بررسی‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که این ساختارها پس از پیوند به مدل حیوانی می‌توانند با گردش خون میزبان ارتباط برقرار کنند.

تاریخچه و پیشینه پژوهش

سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی به دلیل توانایی تبدیل شدن به انواع مختلف سلول‌های بدن، ابزار ارزشمندی در پزشکی بازساختی هستند. در سال‌های گذشته، روش‌های متعددی برای تمایز این سلول‌ها به سلول‌های اندوتلیال و سایر سلول‌های عروقی توسعه یافته است. دیواره رگ‌های خونی عمدتاً از دو گروه سلولی مهم تشکیل می‌شود. سلول‌های اندوتلیال سطح داخلی رگ را می‌پوشانند و با خون در تماس مستقیم هستند. در اطراف آن‌ها نیز سلول‌های دیواره‌ای مانند پری‌سایت‌ها و سلول‌های عضله صاف قرار می‌گیرند که در استحکام، پایداری و تنظیم عملکرد عروق نقش دارند. در روش‌های متداول تمایز سلولی، از ترکیبات مختلف فاکتورهای رشد و مولکول‌های تنظیم‌کننده مسیرهای پیام‌رسانی استفاده می‌شود. با این حال، کنترل دقیق نسبت سلول‌های اندوتلیال و سلول‌های دیواره‌ای در این روش‌ها همیشه آسان نیست و ممکن است ترکیب سلولی حاصل میان آزمایش‌ها متفاوت باشد. پیشرفت در شناخت فاکتورهای رونویسی، امکان استفاده از رویکرد جدیدی به نام برنامه‌ریزی مستقیم سلولی را فراهم کرده است. در این رویکرد، به‌جای اتکا صرف به شرایط محیط کشت، فاکتورهای ژنتیکی مشخصی فعال می‌شوند تا سلول‌ها به سمت سرنوشت مورد نظر هدایت شوند. پژوهش جدید با استفاده از همین رویکرد، تولید ارگانوئیدهای عروقی را سریع‌تر و قابل‌کنترل‌تر کرده است.

شیوه مطالعاتی

در این پژوهش، از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی استفاده شد. پژوهشگران با مهندسی ژنتیکی این سلول‌ها، سامانه‌ای طراحی کردند که در آن بیان دو فاکتور رونویسی ETV2 و NKX3.1 با استفاده از داکسی‌سایکلین قابل کنترل بود. فاکتور ETV2 در هدایت سلول‌ها به سمت رده اندوتلیال نقش دارد، درحالی‌که NKX3.1 برای القای ویژگی‌های سلول‌های دیواره‌ای عروق استفاده شد. به این ترتیب، پژوهشگران توانستند دو جمعیت سلولی مورد نیاز برای تشکیل ساختار عروقی را به‌صورت مستقل تولید کنند. در مرحله بعد، سلول‌های حاصل در شرایط کشت سه‌بعدی با یکدیگر ترکیب شدند تا ارگانوئیدهای عروقی شکل بگیرند. با تغییر نسبت اولیه دو جمعیت سلولی، امکان تنظیم ترکیب نهایی ارگانوئیدها فراهم شد. برای مشاهده و شناسایی سلول‌ها نیز از نشانگرهای فلورسنت استفاده شد. نشانگر PECAM1-mRuby3 برای سلول‌های اندوتلیال و ACTA2-EGFP برای سلول‌های دیواره‌ای به کار رفت. این روش امکان مشاهده مستقیم سازمان‌یافتگی سلول‌ها و تشکیل شبکه‌های عروقی را فراهم کرد. در ادامه، پژوهشگران توانایی تشکیل شبکه‌های عروقی را در محیط سه‌بعدی حاوی ماتریکس خارج‌سلولی بررسی کردند. همچنین برای ارزیابی عملکرد ارگانوئیدها، بخشی از ساختارهای تولیدشده به زیر کپسول کلیه موش‌های دارای نقص ایمنی پیوند زده شدند تا ارتباط آن‌ها با گردش خون میزبان ارزیابی شود.

نتایج پژوهش

نتایج نشان داد که ارگانوئیدهای عروقی را می‌توان در مدت شش روز تولید کرد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این روش، امکان تنظیم دقیق نسبت سلول‌های اندوتلیال به سلول‌های دیواره‌ای بود. در واقع، ترکیب سلولی نهایی تا حد زیادی با نسبت اولیه سلول‌های واردشده به سامانه مطابقت داشت. بررسی‌های میکروسکوپی نشان دادند که سلول‌های اندوتلیال و دیواره‌ای در ساختارهای سه‌بعدی سازمان‌یافته قرار می‌گیرند. همچنین سلول‌های اندوتلیال توانایی تشکیل شبکه‌های شاخه‌دار را داشتند و سلول‌های دیواره‌ای در موقعیت‌های مرتبط با پشتیبانی از این شبکه‌ها مشاهده شدند. از دیگر یافته‌ها، امکان بررسی پاسخ ارگانوئیدها به ترکیبات مؤثر بر رگ‌زایی بود. برای مثال، تغییر فعالیت مسیرهای مرتبط با VEGF بر تشکیل شبکه‌های عروقی تأثیر گذاشت. این موضوع نشان داد که ارگانوئیدهای تولیدشده می‌توانند برای بررسی اثر داروها و مولکول‌های تنظیم‌کننده رشد عروق مورد استفاده قرار گیرند. نتایج آزمایش‌های پیوند نیز امیدوارکننده بود. بررسی ساختارهای پیوندی نشان داد که شبکه‌های عروقی انسانی توانایی برقراری ارتباط با گردش خون میزبان را دارند. مشاهده نشانگرهای داخل عروق و حضور گلبول‌های قرمز در برخی از ساختارهای عروقی، شواهدی از خون‌رسانی عملکردی به این شبکه‌ها فراهم کرد.

دستاوردها و کاربردهای احتمالی

این فناوری می‌تواند کاربردهای متعددی در مهندسی بافت و پزشکی بازساختی داشته باشد. یکی از مهم‌ترین زمینه‌ها، تولید بافت‌های مهندسی‌شده‌ای است که برای زنده ماندن به شبکه عروقی نیاز دارند. ترکیب ارگانوئیدهای عروقی با ساختارهای کبدی، کلیوی، قلبی و پانکراسی می‌تواند در آینده به توسعه مدل‌های پیچیده‌تر بافتی کمک کند. کاربرد دیگر، مدل‌سازی بیماری‌های عروقی است. با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی اختصاصی بیماران، می‌توان ارگانوئیدهایی تولید کرد که ویژگی‌های ژنتیکی فرد را حفظ کنند. این ساختارها امکان بررسی اختلالات عروقی و مطالعه سازوکار بیماری را فراهم می‌کنند. همچنین این فناوری می‌تواند در غربالگری داروها اهمیت داشته باشد. به‌جای بررسی اثر ترکیبات دارویی تنها بر سلول‌های دوبعدی، می‌توان پاسخ شبکه‌های عروقی سه‌بعدی را در شرایط نزدیک‌تر به محیط طبیعی ارزیابی کرد. این قابلیت برای مطالعه داروهای ضد رگ‌زایی و ترکیبات تحریک‌کننده تشکیل عروق اهمیت دارد.

گام بعدی مطالعه

با وجود نتایج امیدوارکننده، توسعه این فناوری به پژوهش‌های بیشتری نیاز دارد. یکی از مسیرهای مهم، افزودن انواع دیگر سلول‌های موجود در ریزمحیط عروقی، از جمله سلول‌های ایمنی و سلول‌های اندوتلیال لنفاوی است تا ساختارهای تولیدشده شباهت بیشتری به عروق طبیعی پیدا کنند. همچنین بررسی پایداری طولانی‌مدت ارگانوئیدها، ایمنی ژنتیکی، عملکرد آن‌ها در اندام‌های مختلف و امکان تولید در مقیاس بزرگ از موضوعات مهم پژوهش‌های آینده خواهد بود. استفاده از روش‌هایی که بدون ایجاد تغییر دائمی در ژنوم، فاکتورهای رونویسی را به‌طور موقت فعال می‌کنند نیز می‌تواند مسیر توسعه کاربردهای درمانی این فناوری را هموارتر کند.

جمع‌بندی

تولید ارگانوئیدهای عروقی انسانی در شش روز، گامی مهم در جهت کنترل دقیق‌تر تمایز سلول‌های بنیادی و توسعه ساختارهای سه‌بعدی عروقی است. امکان تنظیم نسبت سلول‌های اندوتلیال و دیواره‌ای، مشاهده مستقیم شبکه‌های عروقی و بررسی عملکرد آن‌ها پس از پیوند، این فناوری را به ابزاری ارزشمند برای پژوهش‌های مهندسی بافت تبدیل کرده است. اگرچه این دستاورد هنوز در مرحله پژوهش‌های آزمایشگاهی و پیش‌بالینی قرار دارد، می‌تواند در آینده به توسعه بافت‌های مهندسی‌شده، مدل‌سازی بیماری‌های عروقی، غربالگری داروها و بهبود خون‌رسانی به بافت‌های پیوندی کمک کند.

پایان مطالب/.