دانشمندان موفق به ساخت عروق خونی انسان در آزمایشگاه شدند

16ژانویه 2019 - برای اولین بار دانشمندان موفق به رشد عروق خونی کامل و کاربردی به صورت ارگانوئیدهاییدر ظرف آزمایشگاه شدند. تکنولوژی پیشرفته ی مهندسی به طور چشمگیری سبب پیشبرد تحقیقات در زمینه بیماریهای عروقی مانند دیابت و شناسایی یک مسیری کلیدی برای جلوگیری بالقوه از تغییرات در رگهای خونی شده است که یکی از علل عمده ی مرگ و میر در افراد مبتلا به دیابت می باشد.

رگهای خونی در بیماران دیابتی وارگانوئیدهای عروقی انسانی که در آزمایشگاه ساخته شده و در معرض محیط دیابتی قرار گرفته اند، تغییر می کنند. غشاء پایه (سبز) در اطراف عروق خونی (قرمز) به طور گسترده ای در بیماران دیابتی (فلش سفید) بزرگ شده است. ارگانوئیدهایعروقی انسانی که در آزمایشگاه "دیابتی" شده اند، می توانند به عنوان مدل دیابت برای شناسایی درمان های جدید استفاده شوند.

ارگانوئیدیک ساختار سه بعدی است که از سلول های بنیادی ساخته می شود و تقلیدی از یک عضو است. از ارگانوئید می توان برای مطالعه ی جنبه های مختلف آن عضو در ظرف آزمایشگاه استفاده کرد.

دکتر Josef Penninger، نویسنده ی ارشد این تحقیق، پژوهشگر ژنتیک کاربردی، مدیر مؤسسه ی علوم زیستی درUBC و مدیر موسسه ی بیوتکنولوژی مولکولی در آکادمی علوم اتریش(IMBA)، می گوید: توانایی ساختن عروق خونی به عنوان ارگانوئید از سلول های بنیادی، تحول عظیمی را در زمینه ی بیماریهای مرتبط با عروق خونی ایجاد نموده است. هر عضو بدن ما با سیستم گردش خون مرتبط است. این پیشرفت بزرگ، به طور بالقوه می تواند به محققان کمک کند تا علل و درمان انواع بیماری های عروقی، از جمله بیماری آلزایمر، بیماری های قلبی عروقی، مشکلات بهبود زخم، سکته مغزی، سرطان و البته دیابت را بیابند.

دیابت در حدود 420 میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار داده است. بسیاری از علایم دیابت ناشی از تغییرات در رگ های خونی است که منجر به اختلال در گردش خون و عرضه ی اکسیژن به بافت ها می شود. با وجود شیوع آن، در مورد تغییرات عروقی ناشی از دیابت، اطلاعات بسیار کمی در دست است. این محدودیت، سرعت توسعه ی درمانهایی که بسیار مورد نیاز هستند را کاهش داده است.

برای مقابله با این مشکل، Penninger  و همکارانش یک مدل پیشگامانه توسعه دادند، آنها ارگانوئیدهایی سه بعدی از عروق خونی انسانی را در یک پتری دیش در آزمایشگاه تولید نمودند. این به اصطلاح"ارگانوئیدهای عروقی" را می توان با استفاده از سلول های بنیادی کشت شده در آزمایشگاه تولید نمود. این ارگانوئیدها به طور قابل توجهی ساختار و عملکرد عروق خونی واقعی انسان را تقلید می کنند.

هنگامی که محققان این ارگانوئیدهای عروق خونی را به موشها پیوند زدند، متوجه شدند که آنها به عروق خونی کاربردی و کاملی متشکل از شریان ها و مویرگ ها تبدیل شدند. این کشف نشان داد که نه تنها امکان مهندسی ارگانوئیدهای عروق خونی از سلول های بنیادی انسان در یک ظرف آزمایشگاه وجود دارد، بلکه امکان رشد یک سیستم عروقی انسانی کاربردی در یک گونه ی دیگر نیز وجود دارد.

دکتر Reiner Wimmer، نویسنده ی نخست این تحقیق و پژوهشگر فوق دکترا درIMBA، گفت: موضوع بسیار هیجان انگیز در کار ما این است که ما موفق شدیم عروق خونی واقعی انسان را از سلول های بنیادی بسازیم، ارگانوئیدهای ما تا حد زیادی به مویرگهای انسان حتی در سطح مولکولی شباهت دارند و اکنون ما می توانیم از آنها برای مطالعه ی بیماری های عروقی به طور مستقیم بر روی بافت انسان استفاده کنیم.

یکی از ویژگی های دیابت، ضخیم شدن غیر طبیعی غشای پایه(the basement membrane)در اطراف رگ های خونی است. در نتیجه، تحویل اکسیژن و مواد مغذی به سلول ها و بافت ها به شدت دچار اختلال می شود و باعث ایجاد بسیاری از مشکلات بهداشتی مانند نارسایی کلیه، حملات قلبی، سکته مغزی، نابینایی و بیماری عروق محیطی می شود که منجر به قطع عضو می گردد.

محققان سپس عروق خونی را در معرض یک محیط "دیابتی" در ظرف آزمایشگاه قرار دادند.

دکتر ویمر گفت: به طرز شگفت آوری، ما توانستیم ضخیم شدن شدید غشاء پایه را در اینارگانوئیدهایعروقی مشاهده کنیم، این ضخیم شدن تیپیک غشاء پایه، به طور چشمگیری شبیه آسیب عروقی در بیماران دیابتی است.

محققان سپس ترکیبات شیمیایی را جستجو کردند که می توانند از ضخیم شدن دیواره های رگهای خون جلوگیری نمایند. آنها دریافتند که هیچ یک از داروهای ضد دیابت فعلی، اثرات مثبتی بر این آسیب ندارند. با این حال، آنها کشف کردند که یک مهارکننده یآنزیم β-secretase، از ضخیم شدن دیواره ی رگ های خونی جلوگیری می کند، دانشمندان نشان دادند که حداقل در مدل های حیوانی، مسدود نمودنβ-secretase  در درمان دیابت مفید است.

محققان می گویند: این یافته ها می تواند به آنها اجازه دهد که علل اصلی بیماری های عروقی را شناسایی کنند و به طور بالقوه درمان های جدیدی را برای بیماران مبتلا به دیابت توسعه داده و آزمایش نمایند.

منبع و سایت خبر:

Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-018-0858-8

www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190116130820.htm