هذه هي الطريقة التي تنمو بها الشعيرات الدموية

أظهر علماء من التخنيون ومعهد وايزمان للعلوم كيف تؤثر القوى الميكانيكية على تطور الأوعية الدموية وتنظيمها في هيكل اتجاهي

معظم الخلايا في أجسامنا على اتصال بالمصفوفة خارج الخلية (ECM) التي تحيط بها. وحتى وقت قريب، افترض العديد من العلماء أنها علاقة كيميائية حيوية في الأساس، لكن في السنوات الأخيرة أصبح من الواضح أن التفاعلات الميكانيكية، على سبيل المثال قدرة الخلايا على استشعار خصائص النسيج والاستجابة لها، تلعب دورا كبيرا في تطور الخلية ووظيفتها. في مقال نشر هذه الأيام في المجلة العلمية Nano Letters، أظهر علماء من التخنيون ومعهد وايزمان للعلوم بالضبط كيف تؤثر القوى الميكانيكية على تطور الأوعية الدموية في الأنسجة البيولوجية. أدار البحث طالبة الدكتوراه شيرا لانداو والبروفيسور شولاميت ليفينبرغ من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون وطالب الدكتوراه أفراهام موريئيل والبروفيسور إيران بوشبيندر من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون. مع الدكتور أرييل ليفنا، باحث ما بعد الدكتوراه السابق في قسم بيولوجيا الخلايا الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم.

وفي سلسلة من الدراسات التي أجريت في مختبر البروفيسور ليفينبيرج، تم فحص الحساسية الميكانيكية لشبكات الأوعية الدموية، أي تأثير القوى الميكانيكية على طبيعة هذه الشبكات واتجاه نموها وتطورها. تم إجراء الدراسات باستخدام نظام تم تطويره في مختبر البروفيسور ليفينبيرج والذي تم تصميمه لتحسين عمليات تكوين الأنسجة للزراعة.

يعد إنشاء أنسجة صناعية مخصصة للزراعة أداة مهمة في العلاج الطبي. ويتمثل التحدي العلمي في إنتاج الأنسجة بحيث تحتوي على شبكة من الأوعية الدموية، مما يضمن إمدادات منتظمة من الأكسجين والمواد المغذية. من الأهمية بمكان الترتيب الاتجاهي للشبكة، أي مدى تنظيم الأوعية الدموية في نفس الاتجاه في الفضاء. هذه الجوانب ضرورية لامتصاص الكسب غير المشروع وبقائه. تعتمد التكنولوجيا التي طورها البروفيسور ليفينبيرج على سقالات بوليمرية ثلاثية الأبعاد قابلة للتحلل، حيث يتم زرع الخلايا البيولوجية الضرورية لتطوير الأوعية الدموية. وقد تم إثبات فعالية هذه التكنولوجيا في سلسلة من الدراسات.

في عام 2016، نشر البروفيسور ليفينبيرج والدكتور ديكل روزنفيلد، الذي كان في ذلك الوقت طالب دكتوراه في مختبرها، مقالًا في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS)، حيث قدموا بحثًا أصليًا نظام التمدد الذي يمارس على قوى الأنسجة الاصطناعية التي تؤثر على العمليات البيولوجية في الخلايا وحتى على تمايزها وشكلها وهجرتها وتنظيمها في الهياكل - وكذلك على هندسة الأنسجة النامية، على نضجها واستقرارها.

وفي نفس الدراسة، أصبح من الواضح أن قوى الشد المؤثرة على الأنسجة أثناء مرحلة نموها تؤدي إلى نمو الأوعية الدموية باتجاه محدد. تقول شيرا لانداو: "أردنا أن نفهم كيفية عمل هذه العملية وكيفية التحكم فيها". "لقد طور البروفيسور بوشبيندر وشركاؤه من معهد وايزمان للعلوم نظرية تشرح تأثيرات القوى الميكانيكية على الخلية الواحدة، وقمنا معًا بتوسيعها إلى مستوى الأنسجة متعددة الخلايا."

في الدراسة الجديدة، فهم العلماء كيف يمكن أن يؤدي كل من التمدد الديناميكي الدوري والتمدد الثابت إلى تطوير نظام الاتجاه في شبكات الأوعية الدموية، على الرغم من أن الآلية الفيزيائية الحيوية الكامنة وراء العمليتين مختلفة بشكل أساسي. يقول أبراهام مورييل: "كان التحدي الكبير الذي واجهناه هو فهم العلاقة بين التجارب البيولوجية المعقدة والنظرية الفيزيائية". أدى البحث إلى إنشاء بروتوكول تمدد يمكّن من إنشاء أنسجة مثالية، حيث تكون الشبكات مستقرة وغنية ولها ترتيب اتجاهي محدد جيدًا للأوعية الدموية.

ويأمل العلماء أن تؤدي هذه النتائج والرؤى إلى تعزيز إمكانية إنشاء أنسجة مستقبلية لشبكات الأوعية الدموية، ببنية واتجاه يتيحان زرعها بشكل فعال في المرضى الذين سيحتاجون إليها.