یک قلب کوچک در ظرف پتری

تیمی در دانشگاه فنی مونیخ (TUM) سلول های بنیادی را برای تقلید از رشد قلب انسان القا کردند. نتیجه نوعی “قلب کوچک” است که به عنوان ارگانوئید شناخته می شود. این امکان مطالعه اولین مرحله رشد قلب ما را فراهم می کند و تحقیقات در مورد بیماری ها را تسهیل می کند.

قلب انسان تقریباً سه هفته پس از لقاح شروع به شکل گیری می کند. این مرحله اولیه رشد قلب را در زمانی قرار می دهد که زنان اغلب هنوز از بارداری خود آگاه نیستند. این یکی از دلایلی است که ما هنوز اطلاعات کمی در مورد بسیاری از جزئیات نحوه تشکیل قلب داریم. یافته های مطالعات حیوانی به طور کامل به انسان قابل انتقال نیست. یک ارگانوئید توسعه یافته در TUM می تواند برای محققان مفید باشد.

یک توپ 35000 سلولی

تیمی که با الساندرا مورتی، پروفسور پزشکی بازساختی در بیماری های قلبی عروقی کار می کند، روشی را برای ساخت نوعی “قلب کوچک” با استفاده از سلول های بنیادی پرتوان توسعه داده اند. حدود 35000 سلول در یک سانتریفیوژ به شکل یک کره چرخانده می شوند. طی یک دوره چند هفته ای، مولکول های سیگنالینگ مختلف تحت یک پروتکل ثابت به کشت سلولی اضافه می شوند.

الساندرا مورتی توضیح می‌دهد: «به این ترتیب، ما مسیرهای سیگنالی را در بدن تقلید می‌کنیم که برنامه رشد قلب را کنترل می‌کنند. این گروه اکنون کار خود را در مجله منتشر کرده است بیوتکنولوژی طبیعت با مطالعه همراه منتشر شده در ارتباطات طبیعت.

اولین “اپی کاردیوئید”

ارگانوئیدهای حاصل حدود نیم میلی متر قطر دارند. اگرچه آنها خون را پمپاژ نمی کنند، اما می توانند به صورت الکتریکی تحریک شوند و مانند حفره های قلب انسان می توانند منقبض شوند. پروفسور مورتی و تیم او اولین محققینی در جهان هستند که با موفقیت یک ارگانوئید حاوی سلول های عضله قلب (کاردیومیوسیت) و سلول های لایه بیرونی دیواره قلب (اپی کاردیوم) را ایجاد کردند. در تاریخچه جوان ارگانوئیدهای قلب – اولین آنها در سال 2021 شرح داده شد – محققان قبلا فقط ارگانوئیدهایی را با کاردیومیوسیت ها و سلول های لایه داخلی دیواره قلب (اندوکارد) ایجاد کرده بودند.

دکتر آنا مایر، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: «برای درک چگونگی شکل‌گیری قلب، سلول‌های اپی‌کاردیوم تعیین‌کننده هستند. “سایر انواع سلول در قلب، به عنوان مثال در پیوند بافت ها و رگ های خونی، از این سلول ها تشکیل می شوند. اپی کاردیوم نیز نقش بسیار مهمی در تشکیل حفره های قلب دارد.” این تیم به درستی نام ارگانوئیدهای جدید را “اپی کاردیوئید” گذاشته است.

نوع سلول جدیدی کشف شد

این تیم همراه با روش تولید ارگانوئیدها، اولین اکتشافات جدید خود را گزارش کرده است. از طریق تجزیه و تحلیل سلول‌های منفرد، آنها مشخص کردند که سلول‌های پیش‌ساز از نوعی که اخیراً در موش‌ها کشف شده است، در حدود روز هفتم رشد ارگانوئید تشکیل می‌شوند. اپی کاردیوم از این سلول ها تشکیل می شود. پروفسور مورتی می‌گوید: «ما فرض می‌کنیم که این سلول‌ها در بدن انسان نیز وجود دارند، اگر فقط برای چند روز باشد.

این بینش‌ها همچنین ممکن است سرنخ‌هایی در مورد اینکه چرا قلب جنین می‌تواند خود را ترمیم کند، ارائه دهد، قابلیتی که تقریباً به طور کامل در قلب یک انسان بالغ وجود ندارد. این دانش می تواند به یافتن روش های درمانی جدید برای حملات قلبی و سایر شرایط کمک کند.

تولید “ارگانوئیدهای شخصی”

این تیم همچنین نشان داد که از ارگانوئیدها می توان برای بررسی بیماری های بیماران فردی استفاده کرد. محققان با استفاده از سلول های بنیادی پرتوان از یک بیمار مبتلا به سندرم نونان، ارگانوئیدهایی تولید کردند که ویژگی های این بیماری را در ظرف پتری شبیه سازی می کردند. طی ماه‌های آینده، تیم قصد دارد از ارگانوئیدهای شخصی‌سازی شده مشابه برای بررسی سایر نقایص مادرزادی قلب استفاده کند.

با امکان تقلید از بیماری های قلبی در ارگانوئیدها، می توان در آینده داروها را مستقیماً روی آنها آزمایش کرد. الساندرا مورتی می‌گوید: «می‌توان تصور کرد که چنین آزمایش‌هایی می‌توانند نیاز به آزمایش‌های حیوانی را هنگام تولید دارو کاهش دهند.»

محققان یک پتنت بین المللی برای فرآیند ایجاد ارگانوئیدهای قلبی به ثبت رسانده اند. مدل Epicardioid یکی از چندین پروژه ارگانوئیدی در TUM است. در مرکز سیستم‌های ارگانوئیدی، گروه‌های کاری از بخش‌ها و کرسی‌های مختلف همکاری خواهند کرد. آنها تحقیقات بین رشته ای را در مورد پانکراس، ارگانوئیدهای مغز و قلب با تصویربرداری پیشرفته و تجزیه و تحلیل سلولی برای مطالعه تشکیل اندام ها، سرطان و بیماری های عصبی و دستیابی به پیشرفت پزشکی با سیستم های سه بعدی انسانی انجام خواهند داد.