به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهشگران دانشگاه نوتردام آمریکا با پرورش ارگانوئیدهای گلیوبلاستوما به مدت ۴۰ روز در ایستگاه فضایی بین‌المللی، به یافته‌های تازه‌ای درباره رفتار این سرطان تهاجمی مغز دست یافته‌اند. نتایج نشان می‌دهد شرایط ریزگرانش، به‌ویژه در حضور سلول‌های ایمنی مانند مونوسیت‌ها، می‌تواند تغییراتی در بیان ژن‌ها، ترشح پروتئین‌ها و سازمان‌یافتگی فضایی سلول‌های توموری ایجاد کند. این تغییرات در برخی شرایط، ویژگی‌هایی مشابه تومورهای پیشرفته و مهاجم انسانی را نشان داده‌اند و می‌توانند به توسعه مدل‌های دقیق‌تر برای بررسی سرطان و آزمایش داروهای ضدسرطان کمک کنند.

تاریخچه و پیشینه علمی

ارگانوئیدها ساختارهای سه‌بعدی سلولی هستند که بخشی از ویژگی‌های ساختاری و عملکردی بافت‌های طبیعی یا بیمار را بازسازی می‌کنند. در حوزه سرطان، این ساختارها به پژوهشگران اجازه می‌دهند رفتار سلول‌های توموری را در محیطی پیچیده‌تر از کشت‌های معمولی بررسی کنند. با وجود این مزایا، ارگانوئیدهای سرطانی تولیدشده در زمین با محدودیت‌هایی روبه‌رو هستند. نیروی گرانش موجب ته‌نشینی سلول‌ها و تجمع نامتوازن آن‌ها می‌شود و در برخی شرایط، ساختارهای سه‌بعدی ممکن است انسجام خود را از دست بدهند. علاوه بر این، بازسازی کامل ریزمحیط تومور، به‌خصوص حضور سلول‌های ایمنی، همچنان دشوار است. در گلیوبلاستوما، سلول‌های ایمنی متعلق به رده میلوئیدی، از جمله مونوسیت‌ها، ماکروفاژها و میکروگلیا، بخش مهمی از ریزمحیط تومور را تشکیل می‌دهند. این سلول‌ها می‌توانند بسته به وضعیت عملکردی خود، پاسخ ضدتوموری یا برعکس، شرایط مساعدی برای رشد و گسترش سرطان ایجاد کنند. از سوی دیگر، پژوهش‌های فضایی نشان داده‌اند که ریزگرانش می‌تواند بر اسکلت سلولی، فعالیت ژن‌ها، عملکرد سلول‌های ایمنی و ارتباطات بین سلولی تأثیر بگذارد. ترکیب این دو حوزه پژوهشی، یعنی زیست‌شناسی سرطان و زیست‌شناسی فضایی، زمینه شکل‌گیری شاخه‌ای نوظهور به نام انکولوژی مداری (Orbital Oncology) را فراهم کرده است.

شیوه مطالعاتی

در این پژوهش، گروه تحقیقاتی دانشگاه نوتردام آمریکا ارگانوئیدهای گلیوبلاستوما را با ترکیب‌های سلولی مختلف تولید کردند. برای ساخت این مدل‌ها از رده سلولی انسانی U87 استفاده شد. این سلول‌ها به‌تنهایی یا همراه با مونوسیت‌ها و ماکروفاژهای انسانی در ساختارهای سه‌بعدی قرار گرفتند. پژوهشگران برای تشکیل ارگانوئیدها از روش قطره معلق (Hanging Drop) استفاده کردند. در این روش، سلول‌ها در قطرات کوچک محیط کشت قرار می‌گیرند و با تجمع تدریجی، ساختارهای کروی سه‌بعدی ایجاد می‌کنند. در برخی گروه‌ها، ماکروفاژها نیز با استفاده از ترکیبات پیام‌رسان ایمنی به سمت وضعیت‌های عملکردی متفاوت هدایت شدند. به این ترتیب، امکان مقایسه تأثیر انواع مختلف سلول‌های ایمنی بر رفتار تومور فراهم شد. پس از آماده‌سازی، نمونه‌ها در سامانه اختصاصی حمل و نگهداری آزمایش‌های زیستی قرار گرفتند و به ایستگاه فضایی بین‌المللی منتقل شدند. ارگانوئیدها در مجموع ۴۰ روز در مدار زمین باقی ماندند که شامل ۳۶ روز اقامت در ایستگاه فضایی و مدت انتقال مداری بود. هم‌زمان، نمونه‌های مشابهی روی زمین در مرکز فضایی کندی نگهداری شدند تا امکان مقایسه اثر ریزگرانش با شرایط طبیعی گرانش فراهم شود. پس از بازگشت نمونه‌ها به زمین، پژوهشگران از مجموعه‌ای از روش‌های پیشرفته برای بررسی آن‌ها استفاده کردند. این روش‌ها شامل تصویربرداری میکروسکوپی، رنگ‌آمیزی بافتی، بررسی بیان ژن‌ها، تحلیل فضایی RNA، سنجش پروتئین‌های ترشح‌شده و تصویربرداری شیمیایی مادون قرمز بود. این رویکرد چندلایه به پژوهشگران اجازه داد علاوه بر بررسی ظاهر ارگانوئیدها، تغییرات مولکولی و ارتباط میان سلول‌های توموری و سلول‌های ایمنی را نیز ارزیابی کنند.

نتایج پژوهش

یکی از نخستین یافته‌های پژوهش، تفاوت ظاهری ارگانوئیدهای رشدکرده در فضا با نمونه‌های زمینی بود. ارگانوئیدهایی که در شرایط ریزگرانش پرورش یافته بودند، شکل کروی منظم‌تر و انسجام بیشتری داشتند و نسبت به نمونه‌های زمینی تجمعات سلولی جداشده کمتری نشان دادند. بررسی‌های کمی نیز افزایش شاخص‌های مربوط به فشردگی و یکنواختی شکل ارگانوئیدها را تأیید کرد. این یافته نشان می‌دهد که شرایط ریزگرانش می‌تواند بر نحوه تجمع و سازمان‌یافتگی سلول‌های توموری در ساختارهای سه‌بعدی تأثیر بگذارد. البته منظم‌تر شدن شکل ارگانوئید به‌تنهایی به معنای افزایش بدخیمی آن نیست و برای تفسیر رفتار سرطان باید تغییرات مولکولی و عملکردی نیز بررسی شوند. مهم‌ترین نتیجه مطالعه، مشاهده پاسخ‌های متفاوت سلول‌های گلیوبلاستوما به ریزگرانش در حضور یا نبود سلول‌های ایمنی بود. ارگانوئیدهایی که تنها از سلول‌های گلیوبلاستوما تشکیل شده بودند، در برخی مسیرهای مرتبط با ویژگی‌های مزانشیمی، بازآرایی ماتریکس خارج‌سلولی و رگ‌زایی کاهش فعالیت نشان دادند. این تغییرات با کاهش برخی ویژگی‌های مرتبط با حالت تهاجمی تومور همراه بود. در مقابل، هنگامی که مونوسیت‌ها در ترکیب اولیه ارگانوئیدها حضور داشتند، پاسخ متفاوتی مشاهده شد. در این گروه، بیان ژن‌های مرتبط با التهاب مزمن، فعالیت سلول‌های ایمنی و بازآرایی بافتی افزایش یافت. همچنین برخی ژن‌های مرتبط با پیشرفت گلیوبلاستوما و مقاومت به درمان، از جمله PTGS2 و S100A8، افزایش بیان نشان دادند. در مجموع، نتایج نشان دادند که ریزگرانش به‌تنهایی اثر یکسانی بر تمام ارگانوئیدهای گلیوبلاستوما ندارد، بلکه ترکیب سلولی و به‌ویژه حضور سلول‌های ایمنی می‌تواند جهت و شدت پاسخ تومور را تغییر دهد.

دستاوردهای علمی و کاربردهای احتمالی

مهم‌ترین دستاورد این پژوهش، معرفی یک مدل آزمایشگاهی پیشرفته‌تر برای مطالعه گلیوبلاستوما است. در این مدل، علاوه بر سلول‌های سرطانی، تعامل آن‌ها با سلول‌های ایمنی نیز مورد توجه قرار گرفته است؛ موضوعی که در شناخت رفتار واقعی تومور اهمیت فراوانی دارد. یکی از کاربردهای مهم این فناوری، بررسی مقاومت دارویی است. گلیوبلاستوما به دلیل تنوع سلولی و تغییرات مداوم در ریزمحیط خود، می‌تواند نسبت به درمان‌های متداول مقاومت پیدا کند. ارگانوئیدهای حاوی سلول‌های ایمنی این امکان را فراهم می‌کنند که پژوهشگران اثر ارتباط میان سلول‌های توموری و سلول‌های میلوئیدی را در ایجاد مقاومت بررسی کنند. کاربرد دیگر، مطالعه فرار تومور از سیستم ایمنی است. در بسیاری از سرطان‌ها، سلول‌های توموری با تغییر عملکرد سلول‌های ایمنی اطراف خود، محیطی ایجاد می‌کنند که به جای مقابله با سرطان، از رشد و بقای آن حمایت می‌کند. بررسی چنین ارتباطاتی در ارگانوئیدهای سه‌بعدی می‌تواند به شناسایی اهداف جدید برای ایمنی‌درمانی کمک کند.

محدودیت‌های پژوهش

با وجود اهمیت نتایج، این مطالعه محدودیت‌هایی دارد که در تفسیر یافته‌ها باید در نظر گرفته شوند. نخست اینکه پژوهشگران از رده‌های سلولی تثبیت‌شده انسانی استفاده کردند و نه سلول‌های اولیه استخراج‌شده از بیماران. بنابراین، هنوز مشخص نیست که ارگانوئیدهای حاصل از تومورهای واقعی بیماران نیز پاسخ مشابهی به ریزگرانش نشان دهند. همچنین حضور مونوسیت‌ها و ماکروفاژها در مراحل اولیه کشت به معنای باقی ماندن پایدار آن‌ها در تمام مدت آزمایش نبود. بررسی‌ها نشان دادند که این سلول‌ها پس از حدود دو هفته به میزان محدودی در ساختار باقی می‌مانند. با این حال، اثر اولیه حضور آن‌ها بر پاسخ مولکولی سلول‌های سرطانی همچنان قابل مشاهده بود. محدودیت دیگر، تعداد نسبتاً کم نمونه‌ها در برخی بخش‌های تحلیل مولکولی و فضایی بود. بنابراین، برای تأیید قطعی برخی تغییرات مشاهده‌شده، انجام آزمایش‌های مستقل با تعداد نمونه بیشتر ضروری است. نکته مهم این است که ریزگرانش به معنای بازسازی کامل شرایط بدن انسان نیست. عوامل دیگری مانند جریان خون، فشار بافتی، ارتباط با نورون‌ها و حضور انواع مختلف سلول‌های ایمنی نیز در رفتار واقعی گلیوبلاستوما نقش دارند. بنابراین، این مدل را باید ابزاری مکمل برای مطالعات سرطان دانست، نه جایگزینی کامل برای بافت توموری انسان.

جمع‌بندی

پرورش ارگانوئیدهای گلیوبلاستوما در ایستگاه فضایی بین‌المللی، رویکردی نوآورانه برای بررسی رفتار سرطان در شرایط ریزگرانش است. این مطالعه نشان داد که حضور سلول‌های ایمنی، به‌ویژه مونوسیت‌ها، می‌تواند پاسخ مولکولی سلول‌های توموری به شرایط فضایی را تغییر دهد و برخی ویژگی‌های مرتبط با پیشرفت و تهاجم سرطان را تقویت کند. اهمیت این دستاورد در آن است که پژوهشگران توانسته‌اند با ترکیب فناوری ارگانوئید، تحلیل فضایی ژن‌ها و بررسی پروتئین‌های ترشح‌شده، مدل پیچیده‌تری از ریزمحیط گلیوبلاستوما ایجاد کنند. هرچند این فناوری هنوز در مرحله پژوهشی قرار دارد، می‌تواند در آینده به شناخت بهتر مقاومت درمانی، توسعه داروهای جدید و طراحی روش‌های شخصی‌سازی‌شده برای مقابله با یکی از تهاجمی‌ترین سرطان‌های مغز کمک کند.

دستاوردهای علمی و کاربردهای احتمالی

مهم‌ترین دستاورد این پژوهش، معرفی مدلی پیشرفته‌تر برای مطالعه گلیوبلاستوما است که در آن علاوه بر سلول‌های سرطانی، تأثیر سلول‌های ایمنی و شرایط فیزیکی محیط نیز بررسی می‌شود. این ویژگی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا رفتار تومور تنها به ویژگی‌های ژنتیکی سلول‌های سرطانی وابسته نیست، بلکه ارتباط آن‌ها با سلول‌های اطراف نیز در رشد، تهاجم و مقاومت درمانی نقش دارد. یکی از کاربردهای مهم این فناوری، بررسی مقاومت دارویی است. گلیوبلاستوما به دلیل ناهمگونی سلولی و تغییرات مداوم در ریزمحیط خود، می‌تواند نسبت به درمان‌های متداول مقاوم شود. استفاده از ارگانوئیدهای حاوی سلول‌های ایمنی به پژوهشگران اجازه می‌دهد نقش این سلول‌ها را در ایجاد مقاومت نسبت به داروهای ضدسرطان بررسی کنند.

کاربرد دیگر، مطالعه فرار تومور از سیستم ایمنی است. در بسیاری از سرطان‌ها، سلول‌های توموری با تغییر عملکرد سلول‌های ایمنی اطراف خود، محیطی ایجاد می‌کنند که به جای مقابله با سرطان، از رشد و بقای آن حمایت می‌کند. بررسی این ارتباطات می‌تواند به شناسایی اهداف مولکولی جدید برای ایمنی‌درمانی کمک کند.

محدودیت‌های پژوهش

با وجود اهمیت نتایج، این مطالعه محدودیت‌هایی دارد که باید در تفسیر یافته‌ها در نظر گرفته شوند. نخست اینکه پژوهشگران از رده‌های سلولی تثبیت‌شده انسانی استفاده کردند و نه سلول‌های اولیه استخراج‌شده از بیماران. بنابراین، هنوز مشخص نیست که ارگانوئیدهای حاصل از تومورهای واقعی بیماران نیز پاسخ مشابهی به ریزگرانش نشان دهند. همچنین حضور مونوسیت‌ها و ماکروفاژها در مراحل اولیه کشت به معنای باقی ماندن پایدار آن‌ها در تمام مدت آزمایش نبود. بررسی‌ها نشان دادند که این سلول‌ها پس از حدود دو هفته به میزان محدودی در ساختار باقی می‌مانند. با این حال، اثر اولیه حضور آن‌ها بر پاسخ مولکولی سلول‌های سرطانی همچنان قابل مشاهده بود. محدودیت دیگر، تعداد نسبتاً کم نمونه‌ها در برخی بخش‌های تحلیل مولکولی و فضایی بود. به‌ویژه در تحلیل فضایی، تعداد ساختارهای بررسی‌شده محدود بود؛ بنابراین برای تأیید قطعی برخی تغییرات، انجام آزمایش‌های مستقل با تعداد نمونه بیشتر ضروری است.

پایان مطالب/.