دانشمندان ریز ریه های انسان را باز تولید می‌ کنند

اخیرا دانشمندان یک فناوری کشت سلولی را توسعه داده‌اند که ریز ریه‌ های همانندسازی شده انسان را بر روی یک سری ریزتراشه‌ سلول ‌های بنیادی ایجاد می‌کند.

به گزارش تکناک، این فناوری، آسیب‌پذیری سلول‌های آلوئولی را در برابر ویروس SARS-CoV-2 نشان می‌دهد و ثابت می کند که مسدود کردن یک مسیر سیگنال‌ دهی خاص، حساسیت به این ویروس را کاهش می‌دهد. این فناوری همچنین روش جدیدی برای مطالعه عفونت‌های ریوی مانند ویروس کرونا ارائه می‌کند.

تاکنون درک ما از اینکه چگونه بیماری‌های ویروسی مانند کووید، بر ریه‌های انسان تأثیر می‌گذارد کامل نیست. اطلاعات حاصل از بافت‌های ریه بیماران از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت است و همین مسئله مکانیسم‌های اساسی درباره نحوه آلوده شدن سلول‌های ریه توسط ویروس SARS-CoV-2 برای اولین بار را پنهان می‌کند.

مطالعه بافت های ژنتیکی یکسان از اولین لحظه ابتلا به ویروس، می تواند مسیری که پاتوژن طی می کند را به ما نشان دهد. کدام سلول ها و چه زمانی آلوده می شوند؟ میزان عفونت چقدر است و بسته به نوع سلول چگونه متفاوت است؟ در شرایط مختلف چگونه تغییر می کند؟ اگر امکان بررسی هزاران مورد از این عفونت ها به طور همزمان وجود داشت، چه می شد؟ ممکن است این تحقیق، درک ما از ویروس ها و درمان های دارویی مورد استفاده برای از بین بردن آنها را متحول کند.

وقتی سلول‌های بنیادی جنینی انسان یا hESCها روی مجموعه‌ای از ریزتراشه‌ها قرار می‌گیرند و با استفاده از یک ترکیب سفارشی از مولکول‌های سیگنال‌ دهنده به دقت ترکیب می‌شوند، hESCs به سرعت در ریه‌های ریز با ساختار بافتی پیچیده، سازماندهی می‌شوند. این جوانه‌ها می‌توانند روی هزاران سلول کشت شوند که این امر امکان تجزیه و تحلیل بی ‌سابقه‌ای از عفونت بافت ریه را فراهم می‌کند.

نتیجه این آزمایش، دسترسی نامحدود، سریع و مقیاس‌پذیر به بافت ریه است که نشانه‌های کلیدی از رشد ریه انسان را دارد و می‌توان از آن برای بررسی عفونت‌های ریه و شناسایی درمان‌های مناسب استفاده کرد.

ساخت یک ریز ریه بهتر

سلول های بنیادی جنینی، سلول های Ur-سلول بدن انسان هستند. آنها می توانند بی نهایت تقسیم شوند تا سلول های بنیادی بیشتری ایجاد کنند یا با هر بافت دیگری تمایز پیدا کنند. محققان مدتهاست که درحال بررسی پتانسیل این سلول ها هستند.

در سال 2021، ابتدا محققان، شروع به تقویت این سلول‌ها به منظور سازمان‌دهی به اشکال تخصصی‌تر کردند. سلول های بنیادی به تنهایی سازماندهی نمی شوند. آنها به یک فضای محدود مانند یک میکروچیپ و محرک هایی برای شروع تغییرات نیاز دارند. این محرک ها از چهار مسیر اصلی سیگنال دهی می آیند که سلول های بنیادی را وادار به تمایز با انواع سلول های خاص می کنند.

بعد از حدود دو هفته، سلول‌های ریوی مورد مطالعه، جوانه‌هایی همگن را تشکیل دادند که نمایه‌های مولکولی آنها کاملاً با آنچه در مراحل اولیه رشد ریه جنین مشاهده می‌شود، هماهنگی داشتند. این شامل تشکیل راه‌های تنفسی و آلوئول‌ها بود که دو ساختاری بودند که در بسیاری از افراد مبتلا به کرونا شدید، آسیب می‌بینند.

شناسایی مقصر اصلی

آلوئول ها کیسه های کوچکی در انتهای شاخه های ریه هستند که تبادل گاز انجام شده با هر نفس را مدیریت می کنند. این تبادل گاز به این شکل است که اکسیژن به داخل ریه وارد می شود و دی اکسید کربن خارج می شود. با مطالعه انبوه سلول‌های آلوئولی شبیه‌سازی‌شده، محققان متوجه شدند که آلوئول‌ها نسبت به سلول‌های راه تنفسی که در واقع اولین دفاع در برابر همه تهدیدات استنشاقی هستند، مستعد ابتلا به ویروس SARS-CoV-2 هستند. اگر ویروس از آنها عبور کند، آلوئول ها کاملا بی دفاع می شدند.

همچنین محققان به ترکیبی از پروتئین‌های سیگنال‌دهنده برای ایجاد قوی‌ترین دسته‌های جوانه‌های ریوی که ترکیبی از فاکتور رشد کراتینوسیت (KGF) و پروتئین مورفوژنتیک استخوان 4 (BMP4) است، دست یافتند. هر دو این موارد به تمایز و رشد سلولی کمک می کنند.

جالب اینجاست که مسیر BMP یک جنبه منفی دارد. زمانی که محققان جوانه های آلوده ریه را با بافت پس از مرگ بیماران کووید مقایسه کردند، متوجه شدند که مسیر سیگنال دهی BMP در هر دو حالت ایجاد شده و بافت ها را در برابر عفونت، آسیب پذیرتر می کند. مسدود کردن مسیر BMP باعث می‌شود سلول‌ها کمتر آسیب‌پذیر شوند. بنابراین می توان تصور کرد مسیر BMP مقصر اصلی باشد.

فراتر از کووید

محققان خاطرنشان می‌کنند که این پلتفرم می‌تواند برای بررسی مکانیسم‌های آنفولانزا، RSV، بیماری‌های ریوی، سرطان ریه و سایر بیماری‌ها، مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، می توان از آن در غربالگری داروهای جدید برای درمان این بیماری ها استفاده کرد.

محققان در نظر دارند در آینده از این پلتفرم برای اندام های دیگری مانند کبد، کلیه و لوزالمعده استفاده کنند.

 (زیرنویس عکس: محققان توانسته‌اند فناوری پیشرفته‌ای را توسعه دهند که از ریزتراشه‌ها برای رشد ریه‌های کوچک یا همانندسازی شده انسان استفاده می‌کند. این ریه‌ها از سلول‌های بنیادی جنینی انسان (hESCs) به دست می‌آیند و هدف از این فناوری درک بهتر عفونت‌های ریوی مانند ویروس کرونا است. این ریه‌های همانند شده، ساختار پیچیده ریه انسان را تقلید می‌کنند و این امکان را می‌دهد که عفونت‌های بافت ریه بهبود یابد و مشکلاتی که در آزمایشات با نمونه‌های مختلف بیماری‌ها رخ می‌دهد، برطرف شود. این فناوری همچنین قابل استفاده برای مطالعه بیماری‌ها و تشخیص داروهای جدید است و آماده پاسخگویی سریع به بیماری‌های آینده است.)