برای ساختن یک قلب جرات لازم است

در ابتدایی ترین مراحل زندگی جدید انسان، سلول هایی که به نظر یکسان به نظر می رسند شروع به تقسیم به انواع مجزا می کنند که در نهایت به مجموعه ای متنوع از بافت ها و اندام ها تبدیل می شوند. در طی این فرآیند، بافت‌های همسایه سیگنال‌های شیمیایی را مبادله می‌کنند که مراحل مختلف رشد یکدیگر را تحریک می‌کند. اما این تلاقی پیچیده و پویا است و بنابراین مطالعه آن دشوار است.

اکنون، دانشمندان مؤسسه گلادستون کشف کرده‌اند که چگونه می‌توان نوع جدیدی از ارگانوئیدها را رشد داد – مجموعه‌ای از سلول‌های سه بعدی و اندام‌مانند – که از نحوه تشکیل بافت‌های روده و قلب به طور مشترک از سلول‌های بنیادی تقلید می‌کند.

این اولین ارگانوئید در نوع خود می تواند به عنوان یک ابزار جدید برای تحقیقات آزمایشگاهی در مورد سیگنال دهی بین بافت ها که برای رشد انسان سالم ضروری است، عمل کند.

تاد مک‌دویت، محقق ارشد گلادستون، دکترا، نویسنده ارشد یک مطالعه جدید که در مجله منتشر شده است، می‌گوید: «تحقیق ما ابعاد جدید امیدوارکننده‌ای را برای فناوری‌های ارگانوئیدی برجسته می‌کند که می‌تواند درک ما را از نحوه همکاری و آموزش اندام‌ها و بافت‌های در حال رشد بهبود بخشد. مجله سلول بنیادی سلولی.

یک ارگانوئید جدید سرندیپیتیوز

آزمایشگاه مک‌دویت در مهندسی روش‌های جدید برای رشد ارگانوئیدها، که ساختارهای چند سلولی کوچکی هستند که ویژگی‌ها و عملکردهای قلب، مغز، ریه‌ها و سایر اندام‌ها را در ظرف بازتولید می‌کنند، رهبری تلاش‌ها را بر عهده داشته است.

تیم او ارگانوئیدهای قلبی را از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسان ایجاد می کند. آنها این سلول ها را با رشد آنها در کوکتل های مختلف مواد مغذی و سایر مواد طبیعی ترغیب می کنند تا به سلول های قلبی تبدیل شوند. در حالی که یک کوکتل معمولی عمدتاً سلول‌های عضلانی قلب را تولید می‌کند، دانشمندان کوکتل متفاوتی را امتحان کردند که ممکن است به شکل‌گیری سلول‌های قلبی متنوع‌تر اجازه دهد.

آنها در ابتدا قصد ایجاد نوع جدیدی از ارگانوئید را نداشتند. با این حال، در کمال تعجب، دریافتند که در تعدادی از موارد، کوکتل جدید به ارگانوئیدهایی منتهی می‌شود که نه تنها حاوی سلول‌های قلب، بلکه سلول‌های روده نیز هستند.

دکتر آنا سیلوا، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه مک‌دویت و اولین نویسنده مطالعه جدید، می‌گوید: «ما شیفته این بودیم که ارگانوئیدها معمولاً به یک نوع بافت تبدیل می‌شوند – به عنوان مثال، فقط بافت قلب. در اینجا، ما هر دو بافت قلب و روده را داشتیم که به شیوه ای کنترل شده با هم رشد می کردند، درست مانند یک جنین طبیعی.

این ارگانوئیدها یک روش جدید امیدوارکننده برای بررسی تداخل بین بافت‌های در حال رشد ارائه می‌دهند، که تاکنون به رشد ارگانوئیدهای تک بافتی به طور جداگانه و سپس تلاش برای ترکیب آنها متکی بوده است.

نقاشی یک تصویر کامل از ارگانوئید جدید

محققان دریافتند که در مقایسه با ارگانوئیدهای قلبی معمولی، ارگانوئیدهای جدید به ساختارهای قلبی بسیار پیچیده‌تر و بالغ‌تر منجر می‌شوند – از جمله برخی شبیه رگ‌های خونی بالغ‌تر. انواع و نسبت سلول های قلب در ارگانوئیدهای جدید و خواص الکتریکی آنها بسیار شبیه قلب های واقعی جنین بود. در مقابل، سلول‌های موجود در ارگانوئیدهای معمولی، که حاوی بافت روده نیستند، در مراحل اولیه تبدیل خود به سلول‌های قلبی گیر کرده‌اند.

مک دویت که همچنین استاد مهندسی زیستی و علوم درمانی در دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو است، می‌گوید: زمانی که مشخص شد وجود بافت روده به بلوغ بافت قلب کمک می‌کند، متوجه شدیم که به چیزی جدید و خاص رسیده‌ایم. .

دانشمندان همچنین نشان دادند که بافت روده در ارگانوئیدهای جدید به انواع ساختارها و انواع سلول های قابل تشخیص، به ویژه روده کوچک بالغ می شود. علاوه بر این، روده و سلول‌های قلب در ارگانوئیدهای جدید مواد شیمیایی آزاد می‌کنند که در سیگنال‌دهی بین دو بافت در طول رشد قلب نقش دارند.

سیلوا می گوید: «این یک مدل زیبا و پویا از رشد قلب است. “یافته‌های ما راهی برای انجام این تحقیق در زمینه واقعی‌تر نشان می‌دهد، جایی که هر دو بافت روده و قلب با هم از مواد اولیه یکسانی رشد می‌کنند.”

یک سیستم قوی برای تحقیق

محققان توانسته‌اند ارگانوئیدهای جدید را بیش از 1 سال در یک ظرف زنده نگه دارند، که زمان بسیار طولانی برای هر چیزی که در آزمایشگاه رشد می‌کند، به‌ویژه یک تجمع بزرگ سه بعدی از سلول‌ها است. این دوام نشان می‌دهد که ارگانوئیدهای مشابه می‌توانند به عنوان سیستم‌های قوی برای تحقیقات طولانی‌مدت آزمایشگاهی رشد کنند. و در حالی که ارگانوئیدها به احتمال زیاد نمی توانند به طور کامل هر بخش از رشد واقعی قلب و روده را ضبط کنند، می توانند به تعمیق درک این فرآیند همکاری کمک کنند.

این ارگانوئیدها علاوه بر افشای نور جدید بر رشد انسان سالم، می‌توانند به روشن شدن چگونگی اشتباه این فرآیند کمک کنند. به عنوان مثال، آنها می توانند برای تحقیق در مورد اختلالات مادرزادی که بر رشد قلب و روده تأثیر می گذارند، مانند دیس ریتمی مزمن دهلیزی و روده، ارزشمند باشند.

تحقیقات بیشتری برای اصلاح روش‌های رشد قابل اعتماد این ارگانوئیدها مورد نیاز است تا بتوان از تمام پتانسیل‌هایشان استفاده کرد. و در آینده، محققان از نظر تئوری می توانند ارگانوئیدهای مشابه دیگری را که شامل جفت های مختلف بافت، مانند قلب و ریه، یا ریه و کلیه است، بسازند.

مک‌دویت می‌گوید: «ارتباط بین بافت‌های در حال رشد شاید هنوز آنطور که باید مورد استقبال قرار نگرفته باشد. ما اکنون می‌توانیم به طور بالقوه این فرآیند اساسی را به روشی که قبلاً تصورش را نمی‌کردیم، بررسی کنیم.»