رمزگشایی از رشد قلب انسان با توسعه مدلی به نام کاردیوئید

یکی از دلایل اصلی مرگ نوزادان قبل از تولد این است که قلب آنها به درستی رشد نمی کند که به عنوان بیماری مادرزادی قلب (CHD) شناخته می شود.

به گزارش تکناک، متاسفانه علت این پدیده مشخص نیست زیرا دسترسی به قلب انسان در مراحل اولیه رشد دشوار است، اما تصور می شود که این مشکل شامل جهش های ژنتیکی یا عوامل محیطی است.

برای مقابله با این مشکل، دانشمندان آکادمی علوم اتریش مدل خاصی به نام کاردیوئید انسانی ساختند. این مدل، رشد تمام قسمت های مهم قلب مانند بطن راست و چپ، دهلیزها، مجرای خروجی و کانال دهلیزی بطنی را تقلید می کند.

درک کامل اینکه چرا CHD در یک نمونه حیوانی اتفاق می‌افتد، دشوار است، زیرا حیوانات و انسان‌ها از بسیاری جهات متفاوت هستند، مانند شکل جنین، نحوه رشد بافت‌ها و همچنین رویدادهایی که در دوران بارداری اتفاق می‌افتند. این مطالعه بر اهمیت درک چگونگی تعامل بخش‌های مختلف قلب در طول رشد تأکید می‌کند.

این الگو توسط گروه ساشا مندجان در موسسه بیوتکنولوژی مولکولی (IMBA) توسعه یافته است. در سال 2021، آزمایشگاه مندجان کاردیوئید را معرفی کرد که اولین الگو قلب ارگانوئیدی مبتنی بر سلول های بنیادی است که نشان دهنده بطن چپ است. این ارگانوئیدها یک مرحله اولیه حیاتی بودند که بر روی بطن چپ که برای پمپاژ خون ضروری است، تمرکز کردند.

در آخرین مطالعه خود، این تیم با ایجاد مدل‌های ارگانوئیدی برای هر قسمت از قلب در حال رشد، این موضوع را گسترش دادند. هدف آنها این بود که ببینند آیا زمانی که اجازه داده شود این ارگانوئیدها با هم رشد کنند، می توانند یک مدل قلب تپنده هماهنگ شبیه قلب اولیه انسان را تشکیل دهند یا خیر.

آنها از تکنیکی به نام تمایز دو بعدی و سه بعدی استفاده کردند تا گروه های مختلفی از سلول ها را بسازند که مانند سلول های اولیه قلب عمل می کنند. این کار به آنها اجازه داد تا این ساختارهای قلب مانند را ایجاد کنند که الگوهای خاصی شبیه به قلب واقعی دارند.

هنگامی که محققان ارگانوئیدهای بطن چپ و راست را همراه با ارگانوئیدهای دهلیزی با هم رشد دادند، با نتیجه غیرمنتظره ای مواجه شدند.

مندجان گفت: در واقع، یک سیگنال الکتریکی از دهلیز به سمت چپ و سپس حفره‌های بطن راست پخش می‌شود، درست مانند رشد اولیه قلب جنین در حیوانات. ما اکنون این فرآیند اساسی را در مدل قلب انسان برای اولین بار با تمام حفره های آن مشاهده کردیم.

بینش در مورد رشد اولیه قلب

با استفاده از این کاردیوئیدهای چند حفره‌ای، محققان به بینش‌هایی در مورد رشد اولیه قلب دست یافتند و روند ناشناخته قبلی چگونگی شروع ضربان قلب انسان را کشف کردند.

کاردیوئیدهای چند حفره‌ای جدید نه تنها به دانشمندان کمک می‌کنند تا در مورد چگونگی رشد قلب انسان بیاموزند، بلکه به آنها اجازه می‌دهد تا مشکلات خاص در قسمت‌های مختلف قلب را مطالعه کنند. محققان این موضوع را با بررسی اینکه چگونه برخی از مواد و تغییرات ژنی به طور همزمان بر بسیاری از مدل‌های قلب تأثیر می‌گذارند، آزمایش کردند.

مندجان گفت: برای مثال، آریتمی دهلیزی یک مشکل گسترده است، اما ما در حال حاضر داروهای خوبی برای درمان آن نداریم. یک دلیل این است که تاکنون هیچ مدلی شامل تمام مناطق قلب در حال رشد به طور هماهنگ وجود نداشته است.

محققان بر این باورند که این مدل‌های قلب چند حفره‌ای می‌توانند در آینده برای بررسی بی‌خطر بودن داروهای جدید برای قلب و ایجاد داروهایی که به طور خاص بخش‌های خاصی از اندام را هدف قرار می‌دهند، مورد استفاده قرار گیرند.

این مطالعه در مجله Cell منتشر شد.