وقام باحثون من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون بتطوير الأنسجة عن طريق الطباعة بالحبر البيولوجي
وقد طور الباحثون في كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون أنسجة هندسية تحتوي على شبكة متفرعة (هرمية) من الأوعية الدموية. تم تصميم هذه الأنسجة لإجراء عملية زرع سريعة وفعالة في الأعضاء التالفة.
البحث الحالي, نشرت في المواد المتقدمةركز على تطوير شبكة الأوعية الدموية حول الشريان التاجي الذي يزود عضلة القلب بالدم. أجرى البحث البروفيسور شولاميت ليفنبرغ، رئيس مختبر هندسة الأنسجة والخلايا الجذعية في كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون، وطالب الدكتوراه (الدكتور الآن) أرييل شكلاني، مع زملائهم من التخنيون، جمهورية التشيك والولايات المتحدة الأمريكية.
الأوعية الدموية في جسمنا هي بالمعنى الحرفي للكلمة، أنبوب الأكسجين للخلية الحية، وبالتالي فهي ضرورية لوظيفة الأنسجة. وبدونها لا تتلقى الخلية الأكسجين والمواد المغذية ولا يمكنها البقاء على قيد الحياة. ولذلك، فإن أحد التحديات في إنشاء الأنسجة للزراعة هو إنشاء سديلة (FLAP) - وهو نسيج يحتوي على أوعية دموية؛ إذا نجحت هذه الأوعية الدموية في الاتصال بشبكة الأوعية الدموية الطبيعية في الأنسجة المستهدفة، فإنها تسرع من امتصاص المعلق في الجسم. تركز الأساليب الحالية على إنشاء أوعية متوسطة للزرع أو نماذج متفرعة للأوعية الصغيرة، لكن الجمع بين الاثنين يعد إنجازًا جديدًا لمجموعة البحث التقني.
بالمقارنة مع السقالات الهندسية الأولى، والتي كانت تحتوي على شريان فقط، تحتوي السقالات الأكثر تقدمًا على شبكات أوعية دموية متفرعة تتفرع فيها أوعية متوسطة الحجم من الشريان الرئيسي وتتفرع منها أوعية صغيرة. تشبه هذه الشبكة الشجرة، أي أغصان رفيعة تتفرع من أغصان أكبر تنمو من جذع الشجرة، والأهم من ذلك أنها تحاكي شبكة الأوعية الدموية الطبيعية.
في السنوات الأخيرة، قدم البروفيسور ليفينبيرج العديد من الإنجازات في هذا السياق للأنسجة الهندسية التي تحتوي على شبكات متفرعة من الأوعية الدموية. يعتمد نمو هذه الرفوف على سقالات بوليمرية ثلاثية الأبعاد قابلة للتحللحيث تقوم بتنمية الأنسجة في المختبر. يتم زرع الخلايا البيولوجية (الخلايا الليفية والخلايا البطانية) الضرورية لتطور الأوعية الدموية على السقالات. هذه هي الطريقة التي قامت بها مجموعة البحث بإنشاء رفوف معقدة وفعالة نسبيًا.
ومع ذلك، لتحسين التعليق قبل زرعه في المنطقة المصابة في الحيوان هو المطلوب حتى الآن المستوى المتوسط حيث يتم زرع المعلاق في مكان مختلف عن منطقة الإصابة ويتم نقله من هناك إلى المنطقة المصابة بعد فترة زمنية معينة. أعطت هذه الفترة للمقلاع خصائص الأنسجة الطبيعية الأساسية، مما أدى إلى تحسين امتصاصها في المنطقة المصابة من الحيوان. وتم الحصول على نتيجة مماثلة في هذه الدراسة دون الحاجة إلى عملية زرع مؤقتة. ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى استخدامالطباعة البيولوجية ثلاثية الأبعاد على أساس الحبر البيولوجي. كما تم تطوير طريقة الطباعة في مختبر البروفيسور ليفينبيرج.
في الدراسة الحالية، استخدم الباحثون الكولاجين البشري المزروع في التبغ (أحد تطوير شركة CollPlant) كحبر بيولوجي لطباعة الخلايا. وذلك بدلاً من الاستخدام المعتاد للكولاجين المستخرج من الحيوانات.
في المرحلة الأولى من التطوير، قام الباحثون بطباعة الشريان الرئيسي المجوف، وفي عملية الطباعة، قاموا بإنشاء ثقوب صغيرة فيه لتشجيع الأوعية الدموية على الانطلاق في الأنسجة المطبوعة التي يتم وضعها حول الأنبوب الرئيسي. حول الشريان وداخله، قاموا بزراعة الخلايا البطانية التي تشجع على نمو خلايا الأوعية الدموية. وبالفعل خرجت الأوعية الدموية المتوسطة والصغيرة من الفتحات الموجودة في الشريان وبالتالي تشكل نظام شبكي متفرع.
ولاختبار فعالية المعلق الجديد، قاموا بتوصيله، باستخدام الشريان المصمم هندسيًا، بالشريان الفخذي لجرذ. بعد حوالي أسبوعين من زرع السقالة في جسم الجرذ، تم التحقق من نجاحها بواسطة التصوير المقطعي (التصوير المقطعي المحوسب) الذي أظهر وجود مادة تباين تم حقنها في الجهاز الوعائي للفأر داخل الشبكة المتفرعة المصممة هندسيًا.
ويقدر شكلاني والبروفيسور ليفينبيرج أن هذا العمل يعد خطوة مهمة نحو الطب الشخصي الذي يجمع بين حبر الكولاجين والسقالات المنتجة بناءً على التصوير الطبي والخلايا المصنفة عمدًا (iPSC) المستمدة من خلايا المريض نفسه. ووفقا للبروفيسور ليفينبيرج، "على الرغم من أن البحث الحالي ركز على الشريان التاجي وبيئة القلب، إلا أن المفهوم الجديد يتعلق أيضا ببقية أنسجة الجسم. وستكون الخطوة التالية هي محاولة تطبيق هذا النهج على الحيوانات الأكبر حجمًا، وذلك نحو تطبيقه على البشر".
تم دعم البحث بمنحة ERC من لجنة البحوث الأوروبية. دعمت مؤسسة العلوم التشيكية زيارة طالب من جمهورية التشيك إلى التخنيون لتعلم أساليب هندسة الأنسجة التي تم تطويرها في مختبر ليفينبيرج.
الدكتور أرييل شكلاني، الذي كان شريكًا في البحث، ولد في بوينس آيرس بالأرجنتين ودرس الهندسة الطبية الحيوية في UNER (الجامعة الوطنية دي إنتري ريوس). "خلال سنوات الدراسة في الأرجنتين، كنت أرغب في دخول مجال هندسة الأنسجة، وكان هدفي الحصول على الدكتوراه مع البروفيسور ليفينبرج. لم أكن أبحث في أي مكان آخر في العالم، ومن حسن الحظ أنه قبلني".
هاجر شكلاني إلى إسرائيل مع زوجته في عام 2014 وبدأا معًا الدراسة في التخنيون في عام 2015. الدكتور شكلاني هو حاليًا أحد المؤسسين والمدير التنفيذي للتكنولوجيا في شركة Plantish، وهي شركة تعمل على تطوير التكنولوجيا لإنتاج بدائل سمك السلمون النباتية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
