تتجمع “ القلوب الصغيرة ” ذاتيًا في أطباق المختبر وتضرب مثل الشيء الحقيقي

بالعربي/تحت أعين العلماء اليقظة ، تجمعت الخلايا الجذعية في أطباق المختبر لتكون “عضويات” قلب صغيرة ، بحجم بذور السمسم تقريبًا ، وبدأت “تنبض” مثل قلوب صغيرة حقيقية.

لتوجيه الخلايا الجذعية إلى هذه الهياكل ، عرّض فريق البحث الخلايا لمجموعة من البروتينات والجزيئات الصغيرة المعروف عنها أنها تشارك في التطور المبكر لقلب الإنسان في الرحم ، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت يوم الخميس (20 مايو)العام الماضي . في مجلة الخلية . تلتصق هذه البروتينات والجزيئات بمستقبلات على سطح الخلية وتطلق تفاعلًا متسلسلًا ، مما يتسبب في تمايز الخلايا الجذعية إلى عدة أنواع مختلفة من الخلايا الموجودة داخل القلب. 

ووجد الفريق أنه بعد أسبوع واحد من التطور ، صنفت الخلايا نفسها في هياكل مجوفة تشبه الحجرة ، على غرار البطين الأيسر للقلب . علاوة على ذلك ، بدأت جدران الغرف تتقلص بشكل إيقاعي ، محاكية ضربات قلب الإنسان. 

قال كبير المؤلفين ساشا مينجان ، قائد مجموعة في معهد التكنولوجيا الحيوية الجزيئية في الأكاديمية النمساوية العلوم في فيينا. تحدث هذه العيوب عادةً في وقت مبكر إلى حد ما من الحمل ، لكن العلماء لا يستطيعون النظر مباشرة إلى الأجنة البشرية لمعرفة كيفية حدوثها بالضبط. قال منجان لـ Live Science: “ليس لدينا أي وصول إلى هذه النافذة – هذا في الأساس صندوق أسود”.

هذا هو المكان الذي تأتي فيه العضيات الدقيقة: يمكنها تقديم لمحة نادرة عن هذه المراحل المبكرة من التطور. يسمي الفريق إنشائها “القلب” ، اختصارًا لعضويات القلب. وأضاف منجان ، يمكن أن توفر القلبية أيضًا نظرة ثاقبة لبعض أمراض القلب لدى البالغين ، حيث ترتد خلايا القلب المصابة إلى حالة تشبه الجنين ولكنها تفشل في التجدد مثل الخلية الجنينية.

قال ينغ مي ، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية بجامعة كليمسون: “هذا العمل مهم بمعنى أنه بدأ من أجسام جنينية” ، أي كتل ثلاثية الأبعاد من الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، وهي نوع من الخلايا الجذعية التي يمكن أن تؤدي إلى ظهور العديد من أنواع الخلايا. ، الذي لم يشارك في البحث. على وجه الخصوص ، تمكن الفريق من إقناع الخلايا في هيكل حجرة مجوفة – وهو أمر لم يتم القيام به من قبل مع الأجسام الجنينية ، على حد قول مي. 

“على حد علمي ، هذا هو الأول.”

من تكتل الخلايا إلى الضرب القلبي 

بدلاً من البدء بكتلة من الخلايا الجذعية ، يمكن للعلماء أيضًا صنع أشباه عضويات باستخدام نهج يسمى هندسة الأنسجة ، والذي يتضمن بناء سقالة فيزيائية ثم إدخال الخلايا في هذا الهيكل. قال منجان: “عندما تتبع نهج هندسة الأنسجة ، فإنك … تبني شيئًا وفقًا لخطة ، كيف تعرف أن العضو النهائي يجب أن يبدو”.

وأشار مي إلى “أعتقد أن كلا النهجين لهما مزايا خاصة بهما”. على سبيل المثال ، صنع Mei وزملاؤه عضويًا من خلايا قلب معينة لمحاكاة النوبات القلبية في طبق المختبر ، حسبما أفادوا في تقرير عام 2020 في Nature Biomedical Engineering . يمكن أيضًا استخدام هذه العضيات المبنية على شكل سقالة لفحص الأدوية ، مثل تلك المصممة لعلاج تلف القلب ، قبل أن تدخل الأدوية في التجارب على الحيوانات أو البشر.

قال مي إنه في حين أن هندسة الأنسجة يمكن أن تلتقط جوانب معينة من المرض ، فإن هذه العضيات لا تعكس كيفية تطور الأعضاء الفعلية في الرحم. وقال إن أجهزة القلب الجديدة التي طورتها مجموعة منجان تلتقط بشكل أفضل هذه العملية التنموية.

لتحويل الخلايا الجذعية ذات اللوح الفارغ إلى قلوب صغيرة ، قام منجان وفريقه بتنشيط ستة مسارات جزيئية في الخلايا ؛ يصف كل مسار تأثيرًا مضاعفًا للنشاط داخل الخلايا يمكن أن تحدثه مواد كيميائية معينة. حاول الفريق تفعيل هذه المسارات الستة بترتيبات مختلفة وباستخدام كميات مختلفة من المواد الكيميائية المنشطة. في النهاية ، استقروا على مزيج أعطاهم عضيات القلب النابضة والمراهقة. الإعلانات

قال منجان: “بشكل أساسي ، كانت الخلايا تمتلك فقط الإشارات ،” أي المواد الكيميائية المنشطة “، وهي نفسها التي يجب أن تلتصق بها. وبمجرد أن يعثروا على بعضهم البعض ، عرفوا ما يجب عليهم فعله”. “ما تعلمناه من ذلك هو أنه يجب عليك فقط أن تدع الخلايا تقوم بعملها الخاص ، وتتدخل بأقل قدر ممكن” ، وتوفر فقط الإشارات الأساسية والوقود اللازم لبقاء الخلايا على قيد الحياة في المزرعة.

تشبه الأوعية القلبية نفسها كرات صغيرة ، يبلغ قطرها حوالي 0.04 بوصة (1 ملم) ، والتي تتموج بشكل دوري ، وتضغط السائل داخل مراكزها المجوفة. وقال منجان “سيكون هذا مشابهاً لغرف البطين الأيسر للإنسان في اليوم 28” من الحمل . وقال إن البطين الأيسر ، الذي يضخ الدم المؤكسج في وقت لاحق من القلب إلى الجسم ، هو أول بنية تتطور بشكل صحيح في القلب.

مع وجود هذه القلوب الصغيرة في متناول اليد ، أجرى الفريق تجربة لنمذجة الإصابة في العضيات ، لمعرفة ما إذا كانت تحاكي ما سيحدث في قلب حقيقي. قاموا بتجميد أجزاء من القلب باستخدام قضيب فولاذي بارد ، مما أدى إلى قتل الخلايا التي لامستها ؛ ردا على ذلك ، أرسلت أجهزة القلب أسطولًا من الخلايا يسمى الخلايا الليفية إلى المواقع المصابة ، والتي قامت بعد ذلك ببناء سقالة فوق الخلايا الميتة للحفاظ على العضو العضوي سليمًا.

وقد لوحظت هذه المرحلة المبكرة من عملية الإصلاح في نماذج حيوانية ، لكن “هذه الاستجابة لم تُشاهد قط في المختبر ” ، وهذا يعني في أطباق المختبر ، كما قال منجان. “أعتقد أننا نراه للمرة الأولى لأن هؤلاء القلبية ، يتصرفون حقًا أكثر من عضو حقيقي.” 

ومع ذلك ، فإن الفريق لا يعرف لماذا يتصرف القلب بالطريقة التي يتصرفون بها ، كما أضاف. إنهم لا يعرفون بالضبط كيف ولماذا تغري المسارات الجزيئية الستة الخلايا الجذعية في بنية تشبه القلب. قال منجان “هناك أشياء كثيرة لم نفهمها بعد”. بالنظر إلى المستقبل ، يخطط الفريق لإجراء مزيد من التجارب مع هذه المسارات ، لتحديد التغييرات الدقيقة التي تحدثها في الخلايا الجذعية لتكوين شكل قلبي.

“بالنسبة لي ، هذا في الواقع سؤال مثير للغاية: ما الذي يجعلهم يشكلون الغرفة؟” قال مي مرددا المشاعر. بالإضافة إلى إزالة الغموض عن هذه المسارات الجزيئية ، يعمل الفريق الآن على إقناع القلب لتطوير غرف متعددة ، مثل القلب الحقيقي المكون من أربع غرف.الإعلانات

وقال منجان “لا أرى عوائق كبيرة تحول هذا الأمر إلى حقيقة واقعة”. إن صياغة هيكل قلبي متعدد الغرف سيمكن الفريق من رؤية صمامات القلب وهي تتطور وعملية الفصل تحدث ، حيث يقسم القلب غرفته المفردة إلى عدة غرف. قال منجان إن العديد من عيوب القلب الخلقية تظهر في هذه المرحلة من التطور ، لذا فإن مثل هذا القلب يمكن أن يمنح نظرة ثاقبة لهذه الحالات.

وأشار مي إلى أنه في الوقت الحالي ، في النموذج القلبي الحالي ، “إنهم يحاكيون المراحل المبكرة جدًا من تكوين القلب”. “العديد من الأمراض [الخلقية] تبدأ في مراحل لاحقة. لكن عليك أن تبدأ من مكان ما.” 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com