مسیر بازسازی قلب انسان هموارتر شد

محققان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سیاتل با موفقیت سلول‌های بنیادی ایجاد کردند که باعث آریتمی خطرناک قلب نمی‌شوند.

به گزارش تکناک، این عارضه‌ تا پیش از این تلاش‌ها برای توسعه سلول‌های بنیادی درمانی برای قلب (heart) های آسیب دیده را خنثی کرده است.

سلول های بنیادی مهندسی شده ریتم های خطرناک قلبی را تحریک نمی کنند و این چالش تاکنون مانع از پیشرفت پیوند سلول های بنیادی برای قلب های آسیب دیده شده است.

سیلویا مارچیانو، دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه چاک موری در موسسه پزشکی سلول های بنیادی UW می‌گوید: ما آنچه را که باید برای ایمن‌سازی این سلول‌ها انجام دهیم، پیدا کرده‌ایم. مارچیانو نویسنده اصلی مقاله ای است که یافته های آن پنجشنبه 6 آوریل در مجله Cell Stem Cell منتشر شد. این کار تحقیقاتی با همکاری شرکت سیاتل Sana Biotechnology انجام شد.

در تحقیقات قبلی، تیم تحقیقاتی موری از سلول‌های عضله قلب مشتق از سلول‌های بنیادی برای ترمیم آسیب‌های بافت قلب ناشی از انفارکتوس میوکارد استفاده کرد. این شکل از حمله قلبی زمانی اتفاق می افتد که خون رسانی به عضله قلب مسدود شده و منجر به مرگ سلول های قلب می شود. از آنجایی که سلول های قلبی بازسازی نمی شوند، بافت آسیب دیده با بافت زخمگاهی جایگزین می شود. این کار قدرت قلب را به خطر می اندازد و مانع از عملکرد پمپاژ خون آن می شود. آسیب های گسترده می تواند به نارسایی قلبی و حتی مرگ منجر شود.

محققان سیاتل برای ایجاد سلول های قلبی درمانی خود از سلول های بنیادی پرتوان استفاده کردند. برخلاف سلول‌های بنیادی بالغ، که برای تبدیل شدن به انواع سلول‌های خاص تخصص یافته‌اند، سلول‌های بنیادی پرتوان می‌توانند به هر نوع سلولی در بدن تبدیل شوند.

از سال 2012 تا 2018، تیم سیاتل با موفقیت سلول‌های بنیادی پرتوان را به دیواره‌های آسیب‌دیده قلب یا heart (inner organ for the circulation of blood) تزریق کرد تا عضله جدیدی را جایگزین عضله از دست رفته در هنگام انفارکتوس کند. در مطالعات حیوانی، آنها نشان دادند که سلول های پیوند شده با عضله قلب ادغام می شوند، همزمان با سایر سلول های قلب می تپند و انقباض قلب را بهبود می بخشند. این یافته ها نشان داد که درمان با سلول های بنیادی می تواند به طور بالقوه برای نجات قلب های آسیب دیده مورد استفاده قرار گیرد.

اما یک عارضه بزرگ وجود داشت. در هفته‌های اولیه پیوند، قلب‌ها با سرعت بسیار خطرناکی می‌تپیدند. تا زمانی که راهی برای پیشگیری یا سرکوب این مشکل پیدا نشود، سلول های بنیادی نمی توانند به درمان ایمن برای انفارکتوس میوکارد و نارسایی قلبی تبدیل شوند.

موری گفت: هدف ما ایجاد سلول‌های انقباضی فعال است که سعی در تنظیم سرعت خود نداشته باشند.

در قلب بالغ، ضربان قلب توسط سلول های تخصصی به نام سلول های ضربان ساز تنظیم می شود. این سلول ها سیگنال های الکتریکی را در فواصل منظم تولید می کنند و سایر سلول های قلب را وادار به انقباض می کند.

در سلول‌های ضربان‌ساز، ولتاژ از منفی (هیپرپلاریزه) به مثبت (دپلاریزه) به عقب و جلو می‌رود. موری آن را با مترونومی (میزانه شمار) با یون‌های مثبتی که از طریق این کانال‌ها به داخل و خارج سلول می‌چرخند مقایسه می‌کند. سرعتی که این چرخه رپلاریزاسیون و دپلاریزاسیون رخ می دهد، ضربان قلب را تعیین می کند.

با این حال، در قلب های اولیه جنینی، سلول های نسبتا کمی به سلول های ضربان ساز تخصصی تبدیل شده اند، و بقیه به سلول های انقباضی ساکن هستند بنابراین این سیستم به صورت کامل توسعه نیافته است. تمام سلول ها قلب ضربان ساز هستند. موری و همکارانش مشکوک بودند که سلول‌های بنیادی پیوند شده مانند سلول‌های اولیه جنینی رفتار ‌کنند که به‌طور آشفته سیگنال‌ها را تولید می‌کنند و ریتم‌های خطرناک قلب را ایجاد می‌کنند.

برای تشخیص اینکه چه چیزی باعث این رفتار سلول ها می شود، محققان از تکنیکی به نام توالی یابی RNA استفاده کردند تا دریابند کدام کانال های یونی در زمان های مختلف با بلوغ سلول ها ساخته می شوند. توالی‌یابی نشان داد که برخی از انواع کانال‌های یونی در مراحل اولیه رشد ظاهر می‌شوند و سپس با بالغ شدن سلول ناپدید می‌شوند در حالی که انواع دیگر کانال‌های یونی در مراحل بعدی توسعه ظاهر می‌شوند. این موضوع مانند یک راز آشکار، فهرست مظنونان خود را در اختیار محققان قرار داد.

برای تعیین اینکه کدام کانال‌های یونی مقصر حامل جریان ایجادکننده آریتمی هستند، دانشمندان از ویرایش ژنوم مبتنی بر CRISPR برای حذف سیستماتیک ژن‌های دپلاریزکننده یا فعال کردن ژن‌های رپلاریزکننده استفاده کردند. این به طرز شگفت آوری پیچیده بود.

آنها فرض کرده بودند که یک کانال یونی وجود خواهد داشت که باعث آریتمی می شود، اما هیچ یک از ویرایش های تک ژنی ریتم های سریع قلب را حذف نکرد. سپس محققان با انجام ویرایش‌های دو و سه‌گانه ژن، فرآیند پر زحمت «بازی ترکیب‌ها» را انجام دادند. به طرز آزاردهنده‌ای، هیچ یک از این ویرایش‌ها آریتمی را از بین نمی‌برد، و به نظر می‌رسد برخی آن را بدتر می‌کنند.

در نهایت، دانشمندان یک خط سلول بنیادی ایجاد کردند که در آن سه ژن دپلاریز کننده حذف شد و یک ژن رپلاریز کننده فعال شد. سلول‌های ماهیچه‌ای قلب که از این سلول‌های بنیادی تولید می‌شوند، مانند ماهیچه قلب بزرگسالان از نظر الکتریکی ساکن بودند، اما زمانی که سیگنال الکتریکی برای تقلید از یک ضربان‌ساز طبیعی به آنها داده می‌شد، منقبض می‌شدند.

محققان این سلول ها را “MEDUSA” نامیدند. کاردیومیوسیت‌های MEDUSA در قلب پیوند زده می شوند، به سلول‌های بالغ تبدیل می شوند و از نظر الکتریکی با عضله قلب ادغام شده و با ضربان‌سازی طبیعی هماهنگ می‌شوند. تمام این مراحل بدون ایجاد ضربان قلب خطرناک است.  موری می‌گوید این شرط لازم برای بازسازی قلب است.

موری هشدار می‌دهد که باید آزمایش‌های بیشتری با سلول‌های مهندسی‌شده انجام شود، اما، او می‌افزاید، من فکر می‌کنم ما بر بزرگترین مانع برای بازسازی قلب انسان غلبه کرده‌ایم.