قام فريق بقيادة باحث إسرائيلي بإنشاء نسيج ثلاثي الأبعاد من الخلايا الجذعية الجنينية لأول مرة
الدكتور شولاميت ليفينبيرج والبروفيسور روبرت لانجر، الذي تم إجراء البحث في مختبره. يقول ليفينبرج: "يبدو الهيكل بأكمله مثل الإسفنجة التي تنمو فيها الخلايا". الصورة: دونا كويني، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
لقد دفع النقص الحاد في الأعضاء القابلة للزراعة العلماء منذ فترة طويلة إلى إيجاد بدائل لزراعة الأعضاء بأكملها. والأمل معقود على أن تتمكن الخلايا الجذعية الجنينية من القيام بهذه المهمة. واليوم، يحاول الباحثون زراعة خلايا جذعية جنينية في المختبر، وإضافة عوامل نمو مختلفة إليها ورسم تطورها إلى خلايا عصبية، وخلايا عضلية، وخلايا قلب، وخلايا تفرز الأنسولين، وغيرها. ومع ذلك، في الأنسجة، يتم ترتيب الخلايا في بنية منظمة وتحافظ على العلاقات المتبادلة مع بعضها البعض. لذلك، إذا كنت ترغب في إنشاء أنسجة من الخلايا الجنينية، فلا يكفي توجيه تمايزها، ولكن يجب عليك التأكد من أنها تنتظم معًا في مصفوفة ثلاثية الأبعاد وتعمل كوحدة واحدة.
وفي هذا السياق، تطور مجال هندسة الأنسجة من الخلايا الجذعية في السنوات الأخيرة. والفكرة هي السماح للخلايا الجذعية بتنظيم نفسها فوق سقالة قابلة للتحلل، مكونة من مواد بيولوجية. ستقوم الخلايا الجذعية بتنظيم نفسها تدريجياً فوق السقالة وتنتج الأنسجة، وفي نفس الوقت سوف تتحلل السقالة تدريجياً ويأخذ مكانها الأنسجة النهائية. ولهذا الغرض، يجب تجميع مزيج محدد من عوامل النمو معًا، مما سيؤدي إلى تمايز الخلايا الجذعية الجنينية إلى الأنسجة المرغوبة، ويجب تطوير سقالة بيولوجية من مواد يكون معدل تحللها مطابقًا لمعدل التمايز والتنظيم. من الخلايا الجذعية، وفي النهاية التحقق مما إذا كانت هذه الوصفة تؤدي بالفعل إلى تكوين نسيج فعال. وهذه عملية معقدة، لأن الأنسجة لا تتكون فقط من الخلايا المسؤولة عن وظائفها، ولكن أيضًا من الأوعية الدموية التي تزودها بالأكسجين والمواد المغذية. حتى الآن، لم يتمكن الباحثون من إنشاء أنسجة ثلاثية الأبعاد وظيفية من الخلايا الجذعية الجنينية.
وقد توجت المحاولة الأولى في هذا الاتجاه بالنجاح الآن. نجح الدكتور شولاميت ليفينبرج وفريق من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في إنشاء أنسجة ثلاثية الأبعاد منظمة من الخلايا الجذعية الجنينية المزروعة على سقالة قابلة للتحلل؛ ونشرت الدراسة في نهاية شهر أكتوبر في مجلة "الأكاديمية الوطنية للعلوم". وقائع ليفنبرغ، الذي سينضم إلى هيئة التدريس في قسم الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون العام المقبل، أجرى البحث في مختبر البروفيسور روبرت لانجر. وضم فريق الباحثين أيضًا البروفيسور يوسف إيتسكوفيتس من كلية الطب في التخنيون.
ركز ليفينبيرج في البداية على إنشاء أوعية دموية خارج الجسم. وتقول: "كانت الفكرة هي أن الخلايا الجذعية الجنينية البشرية يمكن أن تكون مصدرًا جيدًا لذلك". "قبل عام أظهرنا أنه من الممكن توجيه هذه الخلايا الجذعية للتمايز إلى خلايا بطانية، والتي تبطن الجدار الداخلي للأوعية الدموية؛ وستنتج هذه الخلايا فيما بعد الأنابيب. عندما سمحنا للخلايا البطانية البشرية بتنظيم نفسها على بوليمرات ثلاثية الأبعاد وزرعناها في فئران تفتقر إلى جهاز مناعي (لمنع الرفض)، رأينا أن الأنابيب الناتجة، والتي كانت من أصل بشري، مدمجة في مجموعة الأوعية الدموية الخاصة بالفأر وخلاياه. أن خلايا الدم لدى الفئران كانت تتجول داخلها."
وكانت الفكرة التالية هي إنشاء نسيج بشري ثلاثي الأبعاد باستخدام نفس الطريقة. يقول ليفينبرج: "الأنسجة المعقدة، على سبيل المثال أنسجة القلب، تشمل الأنسجة العضلية والنسيج الضام والأوعية الدموية وعوامل أخرى تنظم معًا لتشكل أنسجة القلب ككل". "كانت الفرضية هي أننا إذا وضعنا الخلايا الجنينية على بنية ثلاثية الأبعاد وأعطيناها إشارات تجعلها تتمايز إلى نوع الخلية المرغوبة، فسوف تنتظم أيضًا في البنية المرغوبة. في التجارب السابقة، سمحنا للخلايا بالتمايز أولاً، وعندها فقط قمنا بزرعها داخل السقالة. هذه المرة كنا نأمل أن يحدث التمايز والتنظيم في الأنسجة المعقدة في نفس الوقت، وبالتالي قد نتمكن من الحصول على جميع مكونات الأنسجة، بما في ذلك الأوعية الدموية الموجودة فيها، داخل البنية ثلاثية الأبعاد.
صمم فريق البحث سقالة قابلة للتحلل لتناسب المهمة. يقول ليفينبيرج: "كان من الضروري التخطيط بعناية للسقالات". "إذا كانت السقالة ناعمة للغاية، فإنها تنهار، لأنها يجب أن توفر الدعم للضغوط والقوى الميكانيكية التي تنشأ أثناء تمايز الأنسجة وتنظيمها. وفي النهاية اخترنا سقالة تجمع بين اثنين من البوليمرات. أحدهما يتحلل بسرعة نسبية ويسمح للخلايا بالنمو والتكاثر والتنظيم، والآخر يتحلل ببطء نسبي ويوفر الدعم الميكانيكي لهذا التنظيم. يشبه الهيكل بأكمله الإسفنجة التي تنمو فيها الخلايا."
وقام الباحثون بتغليف السقالة بمادة بيولوجية تلصق الخلايا بالبوليمر، ثم زرعوا فيها الخلايا الجذعية الجنينية. تمت إضافة مجموعات مختلفة من عوامل النمو إلى سقالات مختلفة. يقول ليفينبيرج: "لقد تابعنا الخلايا وأذهلنا ما رأيناه". "لقد رأينا أن الخلايا بدأت في التحدث مع بعضها البعض والتنظيم في الأنسجة. في كوكتيل معين، تمكنا من إحداث التمايز في الخلايا العصبية، وفي كوكتيل آخر حصلنا على التمايز إلى خلايا ذات خصائص خلايا الكبد، وفي كوكتيل آخر حصلنا على خصائص الأنسجة الغضروفية. وتم تنظيم جميع الخلايا بطريقة ثلاثية الأبعاد، وشكل بعضها نسيجًا يشتمل على مجموعة من الأوعية الدموية. وعلى الرغم من أن هذا لا يزال نسيجًا فريدًا ومثاليًا، إلا أنه من الضروري التأكد من أن الخلايا لا تفقد تنظيمها، مما قد يؤدي إلى تكوين أورام سرطانية. لكننا أثبتنا لأول مرة أنه يمكن استخدام السقالات لإنشاء أنسجة ثلاثية الأبعاد من الخلايا الجذعية الجنينية."
وفي الخطوة التالية، زرع الباحثون الأنسجة البشرية في فئران تفتقر إلى جهاز المناعة. يقول ليفينبيرج: "لقد تابعنا الأنسجة البشرية في الفئران لمدة أسبوعين". "خلال هذا الوقت، استمروا في تمييز وإفراز البروتينات البشرية التي تميز كل نسيج. لقد رأينا أن الأوعية الدموية الأولية التي تم إنشاؤها في المختبر داخل البوليمر نظمت وشكلت الأوعية الدموية في جسم الفأر. وفي بعضها، تم العثور أيضًا على خلايا دم الفأر".
وبصرف النظر عن الجانب التطبيقي للبحث كإمكانية لزراعة الأنسجة، فإن له أيضًا الجانب النظري الذي يلقي الضوء على عمليات التطور الجنيني. يقول ليفينبيرج: "إن الخلايا الجنينية منظمة أيضًا في هياكل ثلاثية الأبعاد، وطريقتنا ستجعل من الممكن متابعة تنظيمها". "يحتوي الجسم على جميع عوامل النمو التي تؤثر على تنظيم وتمايز الخلايا الجنينية، ولكن ليس من الواضح من الذي يؤثر عليها وبأي طريقة. نأمل أن يتيح نموذجنا التحقيق في هذا الأمر".
