أول نجاح في إنشاء شرايين بشرية يمكن استخدامها في جراحات المجازة المستقبلية * بعد تأخير شيخوخة الخلايا العضلية، أنشأ الباحثون أول شريان بشري في المختبر
أحد القيود في الجراحة الالتفافية هو توفر الشرايين لتحل محل الشريان المسدود. يستخدم الجراحون الشرايين من الذراع أو الساق، والتي يتم إزالتها واستخدامها لتجاوز الأوعية الدموية التالفة. ليس من الممكن دائمًا العثور على شرايين بديلة لدى مريض في حالة جيدة، مع تجويف داخلي مفتوح وبدون رواسب كوليسترول - من بين 1.4 مليون مريض في الولايات المتحدة يخضعون لعمليات جراحية كل عام تتطلب استبدال الشريان، هناك ما يقرب من 100,000 ليس لديهم دم السفن المناسبة لهذا الغرض. بالإضافة إلى ذلك، حتى لو تم العثور على الشرايين المناسبة، فقد تصبح أيضًا مسدودة لعدة أيام، ومرة أخرى تنشأ الحاجة إلى العثور على شرايين بديلة.
وفي ظل هذا الوضع فإن الحاجة ملحة لتطوير شرايين صناعية تحل محل الشرايين المتضررة. وفي الثمانينيات، حاولوا استخدام الشرايين المصنوعة من مواد اصطناعية، لكن استخدامها كان مشكلة، ويرجع ذلك أساسًا إلى الالتهابات وتكوين جلطات الدم التي تسدها.
إن الحاجة الملحة لشرايين بديلة تدفع الباحثين إلى إيجاد حلول جديدة، بعضها يشمل استخدام تقنيات هندسة الأنسجة المبتكرة لإنشاء الشرايين في المختبر. والفكرة هي أخذ الخلايا التي تبني شرايين المريض وتركها تتكاثر على الهيكل العظمي الأنبوبي. وتنتظم الخلايا على الهيكل العظمي الأنبوبي وتشكل نسيجًا جديدًا على شكل أنبوب، وبما أنها مأخوذة من المريض فإن الجسم لن يرفضها بعد زرعها.
ولم تنجح التجارب التي أجريت باستخدام هذه الطريقة على الخلايا البشرية حتى الآن، لكن قبل أسبوعين أعلنت مجموعة بحثية من كلية الطب بجامعة ديوك في ولاية كارولينا الشمالية بالولايات المتحدة الأمريكية أنهم نجحوا في تخليق شرايين من خلايا العضلات البشرية في المختبر. ويعد البحث، الذي نشر في تقرير لمنظمة البيولوجيا الجزيئية الأوروبية (EMBO)، أول بحث ينجح في تكوين أوعية دموية بشرية. ويأمل الباحثون أن توفر الطريقة التي طوروها في المستقبل حلاً لمئات الآلاف من المرضى الذين يحتاجون إلى شرايين بديلة.
وقبل عامين، نجحت المجموعة في تخليق شرايين الأبقار والخنازير في المختبر، لكن محاولة صنع أوعية دموية بشرية واجهت مشاكل متجذرة في طبيعة الخلايا التي تبنيها. تتكون الأوعية الدموية من ثلاث طبقات: طبقة داخلية من الخلايا المبطنة تسمى الخلايا البطانية، وطبقة وسطى سميكة من الخلايا العضلية، وطبقة خارجية من النسيج الضام. تكمن المشكلة الرئيسية للباحثين في الخلايا العضلية في الشريان البشري، والتي تتقدم في العمر بسرعة عندما تكون في المزرعة.
أولئك الذين يحددون "عمر الشيخوخة" للخلايا هم نهايات الكروموسومات التي تسمى التيلوميرات. تقصر التيلوميرات مع كل انقسام وتصل في النهاية إلى حجم حرج يشير إلى توقف الخلية عن الانقسام. تحتاج الخلايا العضلية الشريانية إلى الخضوع لما بين 45 و60 دورة انقسام (في كل دورة تتضاعف نفسها) لتشكل شريانًا مستقرًا وقويًا، يمكنه تحمل حمل وضغط الدم الذي يمر عبره. تم تجهيز خلايا عضلات البقر والخنازير بتيلوميرات طويلة، بحيث يمكنها الانقسام عدة مرات في المزرعة، وهذا يجعل من الممكن تكوين شرايين قوية منها في المختبر. في المقابل، تنقسم خلايا العضلات البشرية في زراعة الأنسجة من 10 إلى 30 مرة فقط قبل الوصول إلى مرحلة الشيخوخة. وبالتالي فإن عمر الخلايا العضلية البشرية هو العامل المحدد في بناء الشرايين البشرية من الخلايا العضلية.
يوجد في خلايا الجسم إنزيم خاص، هو التيلوميراز، الذي يعتني بالامتداد المتجدد للتيلوميرات وبالتالي يسمح بانقسام الخلايا بشكل غير محدود. ينشط هذا الإنزيم أثناء التطور الجنيني، ولكن في النهاية يتم إسكاته. الاستثناءات هي نوعان من الخلايا: الخلايا الجذعية الموجودة في الأنسجة المختلفة، والتي تعمل كاحتياطي للخلايا الجديدة المتكونة في الأنسجة، والخلايا السرطانية. وينشط التيلوميراز في جزء كبير من الأورام السرطانية وهو أحد العوامل التي تسمح للخلايا الخبيثة بالانقسام بشكل مستمر.
يتكون التيلوميراز البشري من وحدتين فرعيتين. يوجد في معظم خلايا الجسم وحدة فرعية واحدة فقط، لذلك يكون الإنزيم غير نشط. وفي الدراسات التي أجريت في السنوات الأخيرة، وجد أنه إذا تم زرع الوحدة الفرعية المفقودة من الإنزيم في الخلايا في المزرعة، فإن نشاط التيلوميراز يتجدد ولا تتقدم الخلايا في السن. إن زرع الوحدة الفرعية المفقودة لا يجعل الخلية سرطانية؛ لكي تتحول الخلية الطبيعية إلى خلية سرطانية، يجب أن تخضع لتغييرات إضافية.
وكانت فكرة المجموعة البحثية من جامعة ديوك هي إدخال الترميز الجيني للوحدة الفرعية المفقودة من التيلوميراز في الخلايا العضلية التي تشكل الشريان، وبالتالي إطالة عمرها بشكل كبير. استخرج الباحثون خلايا عضلية من أنسجة الشريان البشري وحقنوها بفيروس يحتوي على الوحدة الفرعية المفقودة من التيلوميراز. وبهذه الطريقة تمكنوا من منع تقصير التيلوميرات وزيادة عدد انقسامات الخلايا من ثلاثين إلى مائة. وبهذه الطريقة، تم إنشاء كتلة كبيرة من الخلايا العضلية مما مكن من تكوين أوعية دموية مستقرة. تم اختبار الخلايا المهندسة الناتجة بعناية للتأكد من عدم تشكل خلايا سرطانية. ولم تظهر أي من الخلايا العضلية المهندسة خصائص الخلايا الخبيثة.
وفي الخطوة التالية، تناول الباحثون عملية بناء الشرايين. تم زرع الخلايا العضلية المهندسة داخل هيكل عظمي أنبوبي من مادة بيولوجية، منظمة في بنية شبكة قابلة للتحلل الحيوي. تكاثرت الخلايا العضلية داخل الشبكة وشكلت بنية أنبوبية. وبعد سبعة أسابيع، تم زرع الخلايا البطانية البشرية المأخوذة من شريان الحبل السري داخل تجويف الأنبوب. انتشرت الخلايا البطانية في تجويف الأنبوب وشكلت نسيجًا موحدًا يغطيه. وهكذا، ولأول مرة، تمكن الباحثون من إنشاء أربعة شرايين بشرية في المختبر، يبلغ طول كل منها ثمانية سنتيمترات وقطرها ثلاثة ملم؛ ويمكن استخدام هذه الشرايين لأغراض جراحية. ويشير الباحثون إلى أن زرع وحدة التيلوميراز الفرعية يجعل من الممكن إنشاء أوعية دموية أقوى مما كان يعتقد، وبالتالي فإن هذه الطريقة لها إمكانات علاجية للعمليات الجراحية الالتفافية وغيرها من الإجراءات التي تستخدم هندسة الأنسجة.
يقول البروفيسور درور هاريتز من معهد أبحاث الدهون وتصلب الشرايين في مركز شيبا الطبي وتل أبيب: "هذه خطوة كبيرة إلى الأمام في اتجاه بناء الأطراف الاصطناعية البيولوجية للأوعية الدموية، والتي ستؤدي في النهاية الدور البيولوجي في الجسم". جامعة. "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها بناء الأوعية الدموية البشرية بنجاح في المختبر، وهذا يضع حجر الأساس لبناء الأنسجة خارج الجسم. وهذا البحث يمثل بداية الطريق."
