ومن المفترض أن تحل الأنسجة ذات القدرات المحسنة، المصممة من الخلايا البشرية والبوليمرات الاصطناعية والمكونات الإلكترونية النانوية، محل عضلة القلب التي تضررت بعد نوبة قلبية.
قام الباحثون في جامعة تل أبيب بتصميم قلب في شهر يونيو بقدرات محسنة، مبني من خلايا عضلة القلب والمواد الحيوية والإلكترونيات النانوية، مما يتيح مراقبة نشاط القلب عبر الإنترنت، ويتضمن خوارزميات للتعامل مع فشل القلب. يقف وراء هذا الإنجاز الهندسي فريق من الباحثين بقيادة الدكتور تال دفير من أقسام التكنولوجيا الحيوية وعلوم وهندسة المواد ومعهد تكنولوجيا النانو في جامعة تل أبيب. وتم نشر نتائج البحث الرائد في مجلة Nature Materials المرموقة.
أمراض القلب هي السبب الرئيسي للوفاة في الدول الغربية، واحتشاء عضلة القلب هو الأكثر شيوعاً على الإطلاق. تحدث النوبة القلبية، أو باسمها الطبي: احتشاء عضلة القلب، عندما ينسد أحد الشرايين التاجية المغذية للقلب، ونتيجة لذلك لا يصل الأكسجين إلى أنسجة عضلة القلب. تشكل خلايا العضلات الميتة أنسجة ندبية لم تعد قادرة على الانقباض وإرسال الدم والأكسجين إلى بقية الجسم.
يقول الدكتور تال دفير: "تشير الإحصائيات إلى أن 50% ممن أصيبوا بنوبة قلبية حادة سيموتون خلال 5 سنوات من الإصابة بالنوبة". "ما نحاول القيام به في مختبرنا هو إنتاج بدائل الأنسجة للأعضاء الداخلية بشكل عام، ولهندسة أنسجة عضلة القلب بشكل خاص. في الوقت الحاضر، إذا أصيب شخص ما بنوبة قلبية حادة، فليس هناك الكثير مما يمكن فعله باستثناء زرع قلب جديد. ونظرًا لوجود نقص في المتبرعين، فإننا في مختبرنا نحاول هندسة حلول جديدة وبناء أنسجة جديدة."
نسيج بشري حي واحد
بشكل عام، تتكون الأنسجة من الخلايا والمواد الموجودة خارج الخلية، والتي تربط الخلايا كيميائيًا وميكانيكيًا وكهربائيًا. يوضح الدكتور دفير: "في الأساس، المادة الموجودة خارج الخلية هي التي تحول مجموعة من الخلايا إلى نسيج فعال". "نحن في المختبر نحاول إعادة إنتاج نفس المادة خارج الخلية بطريقة اصطناعية. نحن ندرس الخصائص المختلفة للأنسجة البيولوجية، ومن ثم نعمل بطريقة الهندسة العكسية. نحن لا نقوم فقط بهندسة المواد الحيوية، بل نتحقق من كيفية إعادة تنظيم الخلايا التي نزرعها على نفس المادة الحيوية في الأنسجة: كيف تتقلص، وكيف تنقل الإشارات الكهربائية، وما إلى ذلك.
لكن هندسة أنسجة عضلة القلب من البوليمرات الاصطناعية تواجه بعض المشاكل. أحدها هو الجهاز المناعي للمريض، والذي قد يرفض عملية الزرع. الحل الذي وجده الدكتور دفير وزملاؤه هو استخدام المواد الحيوية من المريض نفسه. "بطبيعة الحال، لا يوجد شيء أكثر ملاءمة للمريض من المواد الخاصة به. وبدلاً من تصنيعها صناعيًا، تمكنا في الماضي من إنشاء رقع قلبية تعتمد على المواد الحيوية والخلايا الجذعية القادمة من المريض. وبهذه الطريقة نحن قادرون على إنشاء رقعة عضلة القلب الذاتية تمامًا."
مراقبة نشاط القلب عبر الإنترنت
التطوير الأحدث والأكثر طموحًا للدكتور دفير وطالب الدكتوراه رون فاينر هو دمج المكونات الإلكترونية في الأنسجة المهندسة. "الفكرة هي إجراء مراقبة لنشاط القلب عبر الإنترنت بمساعدة الإلكترونيات النانوية، وعند الضرورة، تسريع نشاط الأنسجة المهندسة، وحتى إطلاق الأدوية بضغطة زر واحدة بمساعدة البوليمرات الخاصة التي نقوم بتصنيعها". "لقد تطورت" ، يقول الدكتور دفير. "على سبيل المثال، إذا أشارت الأنسجة إلى وجود التهاب، فيمكن إطلاق عقار مضاد للالتهابات. إذا أبلغت الأنسجة عن نقص الأكسجين، فيمكننا إطلاق العوامل الحيوية التي تجذب الخلايا الجذعية لبناء المزيد من الأوعية الدموية. كل هذا في الوقت الحقيقي. يجلس المريض في المنزل ولا يشعر أنه بخير. يتلقى الطبيب صافرة ويدخل إلى الكمبيوتر ويرى حالة القلب. ومن هناك يقرر العلاج عن بعد.
https://www.youtube.com/watch?v=mYmBLrETpuQ
شاهد فيديو أكاديمية فيكي حول الدراسة
التنظيم الذاتي بدلا من الطبيب المرفق
"في الواقع، بعد عملية الزرع، لم نعد بحاجة إلى الطبيب، لأن القلب الإلكتروني ينظم نفسه. يمكنك كتابة برنامج أو رمز يخبره بكيفية القيادة. على سبيل المثال، عندما تشعر الأنسجة المهندسة بأقل من ستين انقباضًا في الدقيقة، فإنها توفر الإشارة للتقلص بالتردد المطلوب. لا حاجة لانتظار الطبيب. هذا التطور هو اختراق. لأنه حتى الآن لم تكن مثل هذه الأنسجة الاصطناعية، في مجال هندسة الأنسجة بأكمله، قادرة على التنظيم الذاتي. نحن هنا نتحدث عن تطريز السايبورغ: مزيج من العناصر الحية والآلة. إنه شيء حي، قلب يونيو. وفي الخطوة التالية، سنجرب التكنولوجيا التي طورناها على الحيوانات، بهدف الوصول إلى التجارب السريرية. لقد بدأنا للتو العمل في المختبر على المشروع الطموح التالي: استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة قلب كامل في قلب واحد، والذي يشمل الأذينين والبطينين والصمامات والأوعية الدموية. والإلكترونيات بالطبع."
