دانشمندان سد خونی شبکیه انسان را در یک تراشه ی میکرو فلوئیدی شبیه سازی کردند

23  ژانویه 2018- تیمی از دانشمندان اسپانیایی، یک دستگاه میکرو فلوئیدی که عملکرد سد خونی شبکیه ی انسان را تقلید می کند، ساخته اند. دانشمندان ازاین سیستم برای آزمایش مولکول ها در محیط آزمایشگاه و مطالعه بیماری هایی مانند رتینوپاتی دیابتی، استفاده خواهند کرد.
برای چندین سال، دانشمندان بدنبال یافتن راه هایی برای کاهش تست های حیوانی و تسریع در آزمایشات بالینی بودند.آزمایش های in vitro با سلول های زنده، جایگزین مناسبی هستند، اما محدودیتهایی دارند زیرا اتصال و تعامل بین سلول ها نمی تواند در این سیستم ها به راحتی شبیه سازی شود.
برای غلبه بر این محدودیتها، دانشمندان سیستم هایی را توسعه داده اند که شرایطی بسیار نزدیک به واقعیتی که در بافت ها و عملکرد اندامها اتفاق می افتد را تقلید می کنند.این نوع دستگاهها که به نام "ارگان بر روی یک تراشه" شناخته می شوند، شامل میکرو محیط ها و میکروساختارهایی هستند که تا اندازه ای به اندام ها و بافت های زنده شباهت دارند.

در این مطالعهدانشمندان گروه برنامه های کاربردی بیومدیکال از مؤسسه میکروالکترونیک بارسلونا (IMB-CNM)  وابسته به شورای تحقیقات علمی اسپانیاCSIC))، محققان CIBER-BBN  و گروه دیابت و متابولیسم از موسسه تحقیقات VHIR، محققان موسسه ی بهداشت و درمان کارلوس III و محققان دانشگاهAutònoma  در بارسلونا شرکت داشتند.
این مطالعه بر روی جلد مجله ی Lab-on-a-Chip به چاپ رسیده است، این تحقیق همان چیزی است که متخصصان آن را "اثبات مفهومی" می نامند، به عبارت دیگر امکان پذیری طراحی سیستمی که توسط دانشمندان تصور می شود، را نشان داده است.

تقلید ساختار سد خونی شبکیه

پرفسور José Yeste، دانشمندبخش سیستم های میکرو الکترونیک و الکترونیک در شرکت  UAB، و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می دهد که این دستگاه از چندین بخش موازی تشکیل شده است که طوری در کنار هم قرار داده شده اند که ساختار لایه ای شبکیه را شبیه سازی کند.در هر محفظه یک نوع سلول کشت شده است: سلول های اندوتلیال (که عروق مویرگی را که حاوی اکسیژن و مواد مغذی هستند را تشکیل می دهند)، سلول های عصبی (که neuroretina را تشکیل می دهند) و سلول های اپیتلیالی رنگدانه ای شبکیه که لایه بیرونی سد خونی شبکیه را تشکیل می دهند.
محفظه ها با شبکه ای از میکروشیارها در زیر سلول ها با هم در ارتباط هستند که از طریق آنها، سلول ها می توانند مولکول های سیگنالینگ را با هم مبادله کنند و بنابراین بین آنها ارتباط برقرار گردد. در نتیجه، مواد تولید شده توسط بعضی از سلول ها می تواند به سلول های دیگر منتقل شود و ارتباطات و تعاملات سلولی مانند یک عضو زنده را ایجاد کند. همچنین این دستگاه قادر است که سلولهای اندوتلیال را در معرض محرکهای مکانیکی خاصی، مانند مواردی که توسط جریان خون القا می شود، قرار دهد.
همانطور که Rosa Villa، دانشمند CSIC و رهبر گروه کاربردهای زیست پزشکی، توضیح می دهد در موجود زنده، سلول های اندوتلیال که دیواره داخلی عروق خونی را پوشش می دهند، در معرض محرک های مکانیکی جریان خون قرار دارند. در سلول های کشت سلولی که این شرایط وجود ندارد، ما می توانیم بگوییم که سلول ها "خواب آلود" هستند و آن طور که در شرایط واقعی واکنش نشان می دهند رفتار نمی کنند.

دکتر Rafael Simó، از گروه دیابت و متابولیسم موسسه تحقیقاتی (VHIR) که رهبری این گروه تحقیقاتی را بعهده داشت، می گوید: مهمترین ویژگی این تکنولوژی این است که آنچهدر شبکیه ی موجود زندهاتفاق می افتد را تقلید می کند و بنابراین می تواند یک ابزار ضروری برای تقویت آزمایشاتin vitro  باشد. در این دستگاه، سلول ها به طور مداوم در تماس با مایع رشد می کنند، همانطور که در شبکیه انسان اتفاق می افتد. همچنین، سلول ها با هم از طریق واسطه های شیمیایی ارتباط متقابلی برقرار می کنند، که امکان دیدن تاثیر آسیب به یک نوع سلول بر نوع دیگری از سلولهایی که در نزدیکی آن قرار گرفته اند را مهیا می کند. همچنین امکان اندازه گیری مقاومت الکتریکی را بمنظور ارزیابی عملکرد نورون های شبکیه فراهم می کند.
دانشمندان، تشکیل صحیح سد خونی شبکیه را از طریق ارزیابی میزان نفوذپذیری آن، مقاومت الکتریکی آن و تولید برخی پروتئین های اتصالات محکم بین سلولها که مانند سدی عمل می کنند، بررسی کردند.

آزمایش هایی برای بررسی تشکیل صحیح سد و همچنین حفظ نفوذ پذیری طبیعی برای انتقال مواد مغذی و اکسیژن و وجود تماس و تعامل بین سلول ها، طراحی شده است.
دانشمندان می گویند: این دستگاه می تواند برای مطالعه ی اثرات مولکول ها یا شرایط آسیب زا به شبکیه ی انسان استفاده شود. این تیم همچنین می خواهد از این دستگاه برای مطالعه رتینوپاتی دیابتی استفاده کند، که علت و نحوه ی پیشرفت آن هنوز به خوبی شناخته نشده است.
قبلا، تیمی به رهبری Rosa Villa در موسسه میکروالکترونیک بارسلونا  ازCSIC ، دستگاهی را ساختند که سد خونی مغز را شبیه سازی می کرد.
همچنین، آنها یک محفظه ی میکرو فلوئیدی (کبد بر روی چیپ) ساختند که میکروسیرکولیشن کبدی را شبیه سازی نمود.در این مورد، آنها این دستگاه جدید را با همکاری دانشمندانI DIBAPS طراحی و ساخته اند.

منبع و سایت خبر:

Lab on a Chip, 2018; 18 (1): 95 DOI: 10.1039/C7LC00795G

www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180123112533.htm