لإثبات الإمكانات الكامنة في هذه النماذج، قام الباحثون من التخنيون ومامبام بتطوير نموذج لعدم انتظام ضربات القلب في الأنسجة الصاعدة. يحاكي النموذج عدم انتظام ضربات القلب الأكثر شيوعًا - الرجفان الأذيني - ويتيح فحص تأثير الأدوية ذات الصلة في منع عدم انتظام ضربات القلب أو إيقافه بعد تطوره بالفعل
نجح الباحثون في التخنيون ومركز رامبام الطبي وزملاؤهم في UHN - أكبر مستشفى بحثي في كندا - في إنتاج أنسجة قلب ثلاثية الأبعاد في المختبر تم تصميمها من الخلايا الجذعية البشرية المستحثة. وسيتم استخدام الأنسجة التي تحاكي أنسجة القلب الصاعدة والبطينية على المدى القريب لتخصيص الأدوية لمرضى القلب وتطوير أدوية جديدة لهم. وفي المستقبل البعيد، من المتوقع أن يتم استخدام التكنولوجيا الجديدة في إنتاج الغرسات للمناطق المتضررة من الأذينين وغرف القلب.
ولإثبات الإمكانات الكامنة في هذه النماذج، طور الباحثون نموذجًا لعدم انتظام ضربات القلب في الأنسجة الصاعدة. يحاكي النموذج عدم انتظام ضربات القلب الأكثر شيوعًا - الرجفان الأذيني - ويجعل من الممكن فحص تأثير الأدوية ذات الصلة في منع عدم انتظام ضربات القلب أو إيقافه بعد تطوره بالفعل.
البحث الذي نُشر مؤخرًا في Nature Communications ترأسه البروفيسور ليئور جيبشتاين، رئيس مختبر سونيس للفيزيولوجيا الكهربية للقلب والطب التجديدي في كلية الطب رابابورت ومدير قسم القلب في كلية رامبام الطبية، وطالب الدكتوراه إديت جولدبريخت. تم إنجاز هذا العمل كجزء من التعاون البحثي بين التخنيون وجامعة UHN في تورونتو، وتحديدًا مع مختبر البروفيسور جوردون كيلر.
الإنجازات الرئيسية الواردة في المقالة الحالية هي: أولاً، إذا قدمت مجموعة البحث في مرحلة سابقة تقدمًا من إنشاء خلايا قلب واحدة من الخلايا الجذعية المستحثة للمرضى إلى إنشاء نسيج ثنائي الأبعاد، فالآن الانتقال إلى نسيج ثلاثي الأبعاد تم انجازه. ثانيًا، في الدراسة الحالية، قام الباحثون بقياس كل من النشاط الكهربائي لأنسجة القلب الذي تم الحصول عليه من خلال نظام خاص والقوة الميكانيكية التي ينتجها النظام - وهو متغير حاسم يؤثر بشكل كبير على النشاط الطبيعي للقلب. ثالثًا، إذا كانت المجموعة قادرة في الماضي على إنتاج أنسجة تشكل "سلسلة" من خلايا القلب المختلفة، فقد تمكن الباحثون هنا من إنتاج خلايا أذينية وخلايا بطينية بشكل منفصل - نوعان من خلايا عضلة القلب (خلايا عضلية القلب) ذات أهمية بالغة لوظيفة القلب ولكن العمل بشكل مختلف.
يوضح البروفيسور جيبشتاين أن "الفصل بين نوعي الخلايا مهم لأن الأدوية التي تعمل على تحسين وظيفة الخلايا الأذينية، وبالتالي منع عدم انتظام ضربات القلب الأذيني، قد تضر بوظيفة الخلايا البطينية بل وتؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب البطيني. على سبيل المثال، في حالة الرجفان الأذيني - وهو اضطراب نظم القلب الأكثر شيوعًا، والمسؤول عن أكثر من ربع حالات السكتة الدماغية - نريد استخدام الأدوية للتأثير فقط على النشاط الكهربائي للخلايا الأذينية دون الإضرار بوظيفة النسيج البطيني. الآن بعد أن أصبح بإمكاننا إنتاج خلايا علياء وخلايا الحجرة بشكل منفصل، يمكننا اختبار كل دواء على كل نوع من الخلايا على حدة.
أدوات البحث الفريدة التي تم تطويرها في الدراسة الحالية - الأنسجة الأذينية والأنسجة الأذينية المهندسة، والأساليب المبتكرة لدراستها - قد تحدث ثورة في مجال تطوير الأدوية بالإضافة إلى القدرة على مطابقة الأدوية شخصيًا للمريض الذي تم الحصول عليه منه. تم إنتاج الأنسجة (الطب الشخصي). ويأمل البروفيسور جيبستاين على المدى الطويل أن نتمكن من استخدام أساليب مماثلة لإنتاج أنسجة القلب التي سيتم استخدامها في عمليات زرع الأعضاء لدى مرضى القلب. سيتم امتصاص هذه الأنسجة جيدًا لأنها تعتمد على الخصائص الجينية للمريض نفسه وليس لمتبرع أجنبي."
المقال الحالي مكمل لدراسة سابقة أجراها مختبر البروفيسور جيبشتاين، والتي تم نشرها مؤخرًا في مجلة أمراض القلب الرائدة التابعة للكلية الأمريكية لأمراض القلب. في نفس المقالة، تم وصف نموذج فريد ثنائي الأبعاد لأنسجة القلب من أصل الخلايا الجذعية البشرية، مما يتيح دراسة عدم انتظام ضربات القلب في الأمراض الوراثية. وفي هذا العمل الذي نفذه الدكتور رامي شينوي ونعيم شاهين من المجموعة البحثية للبروفيسور جيبشتاين، تم استخدام النموذج المذكور لدراسة متلازمة وراثية خطيرة تسمى متلازمة كيو تي المختصرة. يمكن أن تؤدي هذه المتلازمة إلى مجموعة متنوعة من عدم انتظام ضربات القلب وحتى الموت المفاجئ لدى المرضى الصغار. النموذج الذي قدمته مجموعة البروفيسور جيبشتاين يجعل من الممكن إعادة إنتاج ودراسة عدم انتظام ضربات القلب الناتج، واختبار علاجات مختلفة في المختبر واختيار العلاج الأمثل للمريض المحدد مسبقًا. وأظهر هذا العمل أيضًا إمكانية استخدام التحرير الجيني (CRISPR) لتصحيح الطفرة المؤدية إلى عدم انتظام ضربات القلب.
تعتمد النماذج الهندسية ثنائية وثلاثية الأبعاد الموصوفة في هاتين المقالتين على إنشاء خلايا القلب باستخدام تكنولوجيا الخلايا الجذعية المحفزة البشرية (hiPSCs). تم تطوير هذه التقنية في الأصل من قبل الباحث الياباني شينيا ياماناكا، الحائز على جائزة نوبل في الطب لعام 2012. ومن المزايا البارزة لهذه التقنية إمكانية إنتاج خلايا وأنسجة للزراعة من خلايا جسم المريض نفسه - مما يمنع مشكلة الرفض، وهي مشكلة نموذجية عند زرع خلايا من شخص آخر. تبدأ العملية، في وصف مبسط، بتجميع الخلايا الناضجة - خلايا الجلد على سبيل المثال - من المريض. تخضع هذه الخلايا لإعادة البرمجة في نوع من "النفق الزمني الخلوي" ويتم إعادتها إلى حالة الخلايا السلفية التي تذكرنا بالخلايا الجذعية الجنينية. وفي وقت لاحق، يتم فرز الخلايا الجذعية في المختبر إلى الأنسجة المطلوبة. في مختبر البروفيسور جيبشتاين، الذي يركز على نمو أنسجة القلب، يستخدم الباحثون عوامل نمو مختلفة لتوجيه تمايز الخلايا الجذعية إلى خلايا القلب، وكما هو موضح في المقالة الأخيرة، حتى في أنواع مختلفة من خلايا القلب: خلايا البطين، الخلايا الصاعدة وخلايا تنظيم ضربات القلب.
للمادة العلمية
