تتكون معظم المواد المستخدمة اليوم لزراعة الخلايا الجذعية البشرية من خلايا أو بروتينات مشتقة من أجنة الفئران، والتي على الرغم من أنها تساعد في بدء نمو الخلايا الجذعية، فمن المرجح أيضًا أن تسبب استجابة مناعية بعد حقنها في مريض بشري. في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قاموا بتطوير ركيزة اصطناعية
تتمتع الخلايا الجذعية البشرية، القادرة على التمايز إلى جميع أنواع الخلايا الأخرى، بإمكانات كبيرة لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض، بما في ذلك مرض باركنسون والتصلب المتعدد وإصابات النخاع الشوكي. ومع ذلك، فإن الباحثين الذين يعملون مع مثل هذه الخلايا يواجهون مشاكل في إنتاج كميات كبيرة كافية منها لإجراء التجارب، وخاصة للتجارب البشرية. علاوة على ذلك، فإن معظم المواد المستخدمة اليوم لزراعة الخلايا الجذعية البشرية تتكون من خلايا أو بروتينات مشتقة من أجنة الفئران، والتي، على الرغم من أنها تساعد في بدء نمو الخلايا الجذعية، فمن المرجح أيضًا أن تسبب استجابة مناعية بعد حقنها في مريض بشري. .
ومن أجل التغلب على هذه المشاكل، قام مهندسون كيميائيون وعلماء مواد وعلماء أحياء من جامعة MIT بتطوير سطح اصطناعي لا يحتوي على مواد غريبة مصدرها جسم الإنسان ويسمح للخلايا الجذعية بالعيش والاستمرار في تكرار نفسها لمدة ثلاثة أشهر. بالإضافة إلى ذلك، هذه هي أول مادة اصطناعية تسمح للخلايا المفردة بتكوين مستعمرات من الخلايا المتطابقة، والتي تكون مطلوبة لتوصيف الخلايا بالخصائص المرغوبة وكان إعدادها بالطرق الحالية يمثل مشكلة.
ويصف فريق البحث، بقيادة العلماء روبرت لانجر ورودولف جانيش ودانييل جي أندرسون، المادة الجديدة في مقال نشر في المجلة العلمية Nature Materials.
يمكن أن تأتي الخلايا الجذعية البشرية من مصدرين: الخلايا الجنينية أو خلايا الجسم التي تمت إعادة برمجتها إلى حالة غير ناضجة. هذه الحالة، المعروفة باسم تعدد القدرات، تسمح للخلايا بالتطور إلى أي نوع فريد من خلايا الجسم. كما أنها تجعل من الممكن علاج أي نوع من الأمراض تقريبًا التي تنطوي على تلف الخلايا. على سبيل المثال - سيتمكن الباحثون من تنمية خلايا عصبية جديدة للمرضى الذين يعانون من إصابات في العمود الفقري، أو خلايا منتجة للأنسولين للمرضى الذين يعانون من مرض السكري من النوع الأول.
لتطوير مثل هذه العلاجات، سيحتاج الباحثون إلى أن يكونوا قادرين على تنمية الخلايا الجذعية في المختبر لفترة طويلة من الزمن، وتغيير جيناتها، ونمو مستعمرات من الخلايا المتطابقة بعد التغيير الجيني المطلوب. يقول الباحث الرئيسي إن أسطح النمو الحالية، والتي تتكون من صفيحة بلاستيكية مغلفة بطبقة من الجيلاتين وفوقها طبقة من خلايا/بروتينات الفئران، ليست فعالة بما فيه الكفاية.
يوضح الباحث: "لأغراض الشفاء، تحتاج إلى ملايين وملايين الخلايا". "إذا تمكنا من جعل الخلايا تنقسم بسهولة أكبر، فإن هذا سيساعد بشكل كبير في الحصول على كميات كبيرة وكافية من الخلايا لجميع دراسات الأمراض التي يهتم بها العلماء بشدة."
ولمحت دراسات سابقة إلى أن عددًا من الخصائص الكيميائية والفيزيائية للأسطح - بما في ذلك خشونتها وصلابتها وقابليتها للماء - قد تلعب دورًا مهمًا في قدرة الخلايا الجذعية على النمو. وقام الباحثون بإعداد حوالي خمسمائة نوع من البوليمرات ذات الخصائص المتغيرة، وقاموا بزراعة خلايا جذعية عليها واختبروا نشاط كل بوليمر. وبعد تحديد العلاقة بين خصائص السطح وكفاءة نشاطه، وجد الباحثون أن هناك مدى أمثل لكراهية السطح للماء (القدرة على صد الماء)، إلى جانب النتيجة خشونة السطح وصلابته. لا تؤثر على قدرة الخلايا الجذعية على النمو. بالإضافة إلى ذلك، قاموا أيضًا بتغيير تركيبة المواد، بما في ذلك إضافة بروتينات مرتبطة بالبوليمر. ووجدوا أن أفضل البوليمرات تحتوي على نسبة عالية من الأكريلات - وهو مكون شائع في المواد البلاستيكية - وتلك المغلفة ببروتين يسمى فيترونيكتين، الذي يشجع الخلايا على الالتصاق بالأسطح.
وباستخدام مواد ذات جودة عالية، تمكن الباحثون من الحصول على خلايا جذعية (من أصل جنيني ومتعدد القدرات) استمرت في النمو والانقسام لمدة ثلاثة أشهر. كما أنهم كانوا قادرين على إنتاج كميات كبيرة من الخلايا – بملايين الخلايا.
ويأمل الباحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تحسين المعرفة التي حصلوا عليها من تجاربهم للمساعدة في بناء مواد مختلفة مناسبة لأنواع أخرى من الخلايا، كما يشير الباحث أندرسون من قسم الهندسة الكيميائية في الجامعة. ويوضح قائلاً: "نحن مهتمون بفهم أفضل للعلاقات المتبادلة بين الخلية والسطح والبروتينات، وتوصيف العوامل التي تؤثر على نمو الخلايا بشكل أكثر دقة".
