اختراق طبي.. نجاح تنمية الأعضاء التي تحتوي على أوعية دموية

لأكثر من عقد من الزمان، دأب العلماء على تنمية عضيات (organoids)، وهي مجموعات صغيرة من الخلايا تحاكي عضوًا معينًا، لتكون بمثابة نماذج بيولوجية مصغّرة.

استُخدمت عضيات الدماغ لدراسة اضطرابات النمو العصبي؛ والعضيات المعوية لنمذجة مرض الاضطرابات الهضمية؛ والعضيات الرئوية لدراسة فيروس كورونا المستجد (SARS-CoV-2).

بل أُرسلت عضيات القلب إلى الفضاء لاختبار تأثير انعدام الجاذبية على عضلة القلب.

ولكن هناك مشكلة صغيرة، فالعضيات لا يمكن أن تنمو بحجم حبة سمسم.

على عكس الأنسجة الحية في الجسم، تفتقر العضويات إلى نظام أوعية دموية ينقل الأكسجين والمغذيات إلى كل خلية.

عندما يتجاوز قطرها حوالي 3 ملليمترات، لا تستطيع العضويات الحفاظ على نفسها بامتصاص الموارد مباشرةً من بيئتها.

موت العضيات

قال الدكتور أوسكار أبيليز، وهو عالم كبير في قسم جراحة القلب للأطفال: "عندما تنمو الأعضاء إلى حجم معين، فإنها تبدأ في الموت من الداخل لأنها لا تستطيع الحصول على الأكسجين والمواد المغذية إلى المركز".

ولكن في دراسة نشرت في مجلة ساينس، قام أبيليز وفريق من الباحثين في كلية الطب بجامعة ستانفورد بتنمية عضيات القلب والكبد المليئة بالأوعية الدموية الصغيرة، مما قد يسمح لها بالتغلب على حد الحجم الحالي.

قال أبيليز، المؤلف الرئيسي المشارك في الدراسة، إن القدرة على تنمية عضيات وعائية تتغلب على عقبة رئيسية في هذا المجال، فالأوعية الدموية المدمجة قد تسمح للعضيات ليس فقط بالنمو بشكل أكبر، بل أيضًا بالوصول إلى مرحلة أكثر نضجًا، مما يجعلها أكثر فائدة كنماذج بيولوجية.

وقد شارك هواشياو يانج، وهو مدرس سابق في معهد ستانفورد لأمراض القلب والأوعية الدموية وأستاذ مساعد في الهندسة الطبية الحيوية بجامعة شمال تكساس، في قيادة الدراسة.

قال الدكتور جوزيف وو، المؤلف الرئيسي للدراسة، إنها قد تُمثل أيضًا الخطوة التالية في مجال العلاجات التجديدية.

وفي دراسة سريرية منفصلة بقيادة وو، يقوم باحثو كلية الطب بجامعة ستانفورد بحقن خلايا عضلة القلب المزروعة في المختبر، والتي تسمى الخلايا العضلية القلبية، في المرضى الذين يعانون من خلل في وظائف القلب.

لكن أنسجة القلب الفعلية تحتوي على أكثر من مجرد خلايا عضلة القلب، كما قال وو.

وأضاف: "هناك خلايا بطانية تُبطّن الأوعية الدموية، وخلايا عضلية ملساء تُحيط بالأوعية الدموية، وخلايا محيطية تربط الأوعية الدموية، وخلايا ليفية، وخلايا أخرى".

في المستقبل، ربما يكون من الممكن زراعة الأعضاء القلبية الوعائية المزروعة من الخلايا الجذعية للمريض نفسه جراحيًا لتحل محل الأنسجة المفقودة أو التالفة.

وقال أبيليز: "الفكرة هي أنه إذا كانت العضويات تحتوي على نظام وعائي، فإنها يمكن أن تتصل بالأوعية الدموية المضيفة، وهذا سيعطيها فرصة أفضل للبقاء على قيد الحياة".

اختبار الوصفة

يقوم العلماء بزراعة الأعضاء من الخلايا الجذعية متعددة القدرات عن طريق غمر الخلايا في مواد كيميائية مختلفة - عوامل النمو وجزيئات صغيرة أخرى - لتحفيز تحولها إلى أنواع مختلفة من الخلايا.

لكن محاولات زراعة عضيات قلبية وعائية أسفرت عن مستويات متفاوتة من أنواع الخلايا اللازمة لتكوين الأوعية الدموية.

حاول باحثون آخرون اتباع نهج هندسي، من خلال زراعة خلايا بطانية بشكل منفصل، أو حتى طباعة شبكات وعائية بيولوجيًا ثلاثية الأبعاد، ثم دمجها مع عضية قلبية، لكن لم ينجح أي منهم في إنتاج عضيات ذات أنظمة أوعية دموية واقعية.

وقال أبيليز "إنهم في الواقع لا يصنعون أوعية متفرعة ذات ممرات".

وفي الدراسة التي نُشرت مؤخرًا، شرع الفريق في تحسين وصفة كيميائية لتنمية عضيات القلب التي يمكنها توليد جميع أنواع الخلايا تقريبًا في قلب الإنسان بشكل موثوق، بما في ذلك الخلايا التي تشكل شبكة قوية من الأوعية الدموية.

استعرض الباحثون الطرق المُعتمدة لإنتاج 3 أنواع رئيسية من الخلايا: خلايا عضلة القلب، والخلايا البطانية، وخلايا العضلات الملساء، ودمجوا هذه الطرق في 34 وصفة مختلفة، أو ظروف نمو مُحددة - مع تحديد عوامل النمو ، وكميتها، وتوقيت إضافتها - لإنتاج عضيات قلبية تحتوي على جميع أنواع الخلايا الثلاثة.

كما قاموا بتعديل الخلايا الجذعية لتتألق بألوان مختلفة عندما تتحول إلى الأنواع الثلاثة من الخلايا.

عندما اختبروا الوصفات الـ34 على الخلايا الجذعية، وسمحوا لها بالنمو لمدة أسبوعين تقريبًا، كانت واحدة منها تحديدًا - الحالة 32 - هي الفائزة بلا منازع. فقد أنتجت أكثر عضويات القلب تنوعًا.

قال أبيليز: "كان الأمر واضحًا تمامًا، اخترنا العينة التي زودتنا بأكبر قدر من تلك الألوان الفلورية الثلاثة، والتي تتوافق مع معظم خلايا عضلة القلب والخلايا البطانية وخلايا العضلات الملساء".

تحت المجهر ثلاثي الأبعاد، كانت هذه الأعضاء على شكل دونات مُنظَّمة، وتحتوي على خلايا عضلية قلبية وخلايا عضلية ملساء في الداخل، بالإضافة إلى طبقة خارجية من الخلايا البطانية التي تُشكِّل أوعية دموية واضحة.

تشبه هذه الأوعية الأنبوبية المتفرعة الصغيرة الشعيرات الدموية في القلب، والتي يتراوح قطرها بين 10 و100 ميكرون، أي ما يُقارب عرض شعرة.

عندما حلل الباحثون الخلايا الأخرى في العضيات باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبوزي أحادي الخلية، فوجئوا بالعثور على جميع أنواع خلايا القلب الأخرى تقريبًا.

احتوى كل عضية على ما بين 15 و17 نوعًا مختلفًا من الخلايا، وهو ما يُضاهي قلبًا جنينيًا عمره ستة أسابيع، يحتوي على 16 نوعًا من الخلايا. يحتوي قلب الشخص البالغ على 21 نوعًا من الخلايا.

قال أبيليز: "كان يحتوي على جميع أنواع الخلايا الأخرى الموجودة في القلب، كان ذلك غير متوقع من الناحية الإيجابية".