شناسایی علت احتمالی دیابت مرتبط با فیبروز سیستیک با کمک یک پانکراس انسانی مهندسی شده بر روی یک تراشه  

16 جولای 2019- دانشمندان یک پانکراس انسانی را بر روی یک تراشه ساختند تا با کمک آن علت احتمالی یک عارضه ی شایع و کشنده ی بیماری فیبروز سیستیک یا سیستیک فیبروزیس(CF) به نام دیابت وابسته به CF یا CFRD را کشف کنند.

به گفته محققین مرکز پزشکی بیمارستان کودکان سینسیناتی، امکان استفاده از این دستگاه کوچک دو محفظه ای که مانند یک ارگانوئید پانکراس انسانی مهندسی شده است، برای کشف علل دیابت های غیر مرتبط با CFمانند دیابت نوع 1 و 2 وجود دارد. یافته های این تحقیق در مجله ی Nature Communications منتشر گردید.

اما ابتدا، دانشمندان می خواستند ببینند که آیا دستگاه آنها می تواند به افراد مبتلا به فیبروز سیستیک (CF) کمک کند؟ فیبروز سیستیک، یک بیماری ژنتیکی ریه ای ناشی از یک جهش در ژن CFTR است.این جهش منجر به عدم تعادل آب و نمک در سطوح سلولی می شود که ریه ها را با مخاطی ضخیم، پر می کند.

به گفته ی پرفسور  Anjaparavanda Naren، پژوهشگر اصلی این مطالعه و مدیر مرکز تحقیقات فیبروز سیستیک (بخش پزشکی ریه) همانطور که افراد مبتلا به CF بزرگتر می شوند، آنها به طور فزاینده ای در معرض خطر CFRD قرار می گیرند و متاسفانه تاکنون روش مؤثری برای مطالعهCFRD  در آزمایشگاه برای جستجوی درمانی بهتر در دست نداشتیم.

مدل های موش CF به درستی دیابت مرتبط با CF را در آزمایشگاه شبیه سازی نمی کنند و مطالعه ی این بیماری تا عمقی که در این مطالعه ممکن شد، تاکنون امکان پذیر نبود. فن آوری ما بسیار نزدیک به پانکراس انسانی است و به طور بالقوه ممکن است به ما برای ابداع اقدامات درمانی بمنظور مدیریت عدم تعادل گلوکز در افراد مبتلا بهCF که بیماری و مرگ و میر را در میان این افراد افزایش داده است، کمک کند.

تکنولوژی تراشه in vitro می تواند برای بررسی CFRD و عدم تعادل گلوکز در افراد خاص با این شرایط استفاده شود، این تکنولوژی پتانسیل تشخیص علائم مختلف بیماری را دارد. این تراشه(میکروچیپ) می تواند به ارزیابی نوسانات مقدار گلوکز در افراد مختلف کمک کند، میزان همبستگی سطوح گلوکز با نوع جهش CFTR را تعیین کند و مداخلات با کمک مولکولهای کوچک را آزمایش کند.

اگر چه جهش در ژن CFTR، علت فیبروز سیستیک شناخته شده است، اما نقش آن دردیابت وابسته بهCF نامشخص است. برای پاسخ به این سؤال، محققان سلولهای اپیتلیال مجرای لوزالمعده و جزایر پانکراس را از بیماران اهدا کننده، جدا نموده و این تحقیق را آغاز کردند.آنها Organoids ductal را در یک اتاقک دو محفظه ای شفاف به نام دستگاه میکروفلوئید کشت دادند. این محفظه ها حاوی محلولهای بیوشیمی خاصی برای تولید "پانکراس بر روی یک تراشه" بودند. سلولهای اپیتلیال مجرای لوزالمعده در محفظه ی بالایی و سلولهای جزایر پانکراس در محفظه ی پایین کشت داده شدند. این دو محفظه با یک لایه نازک از غشائی متخلخل جدا شده اما اجازه ی ارتباط محفظه ها با هم را فراهم می کرد.

سلول ها رشد کرده و به اندام های سه بعدی لوزالمعده گسترش یافتند که ارتباطات سلول با سلول و تبادل سیالات آنها شبیه به عملکرد یک پانکراس طبیعی انسانی بود.

هنگامی که محققان آزمایش اختلال بیان ژن CFTR را در پانکراس روی تراشه انجام دادند، در ارتباط سلول با سلول و تبادل سیالات اختلال ایجاد شد و بطور منفی بر عملکرد غدد درون ریز تأثیر گذاشت. این امر باعث کمبود انسولین شد و روند بیماری CFRD مشابه با آنچه که در پانکراس افراد مبتلا به CF رخ می دهد، پیش رفت. محققان گفتند که این امر تأیید می کند که ژن CFTR نقش مستقیمی در تنظیم ترشح انسولین و ایجاد دیابت در افراد مبتلا بهCF دارد.

دستگاه های Microfluidic از سال 1979 وجود داشته اند. اما نوآوری ها در طراحی و عملکرد آنها، به ویژه از زمان ظهور تکنولوژی ارگانوئید، هم اکنون به محققان اجازه داده است که بافت های بدن انسان را به مهندسی کرده و عملکردهای اندام های طبیعی را در یک محیط آزمایشی تقلید کنند.

قدم بعدی محققان

این تیم از محققان شامل نویسنده و پژوهشگر نخست این تحقیق ، پرفسورKyu Shik Mun، هم اکنون با استفاده از ابزارهای موجود در حال آزمایش داروهای تایید شده توسط FDA، بمنظور تعدیل بیان ژنCFTR  در آزمایشگاه هستند. هدف محققان این است که تعیین کنند چطور داروهای مختلف CFTR میتوانند CFRD شبیه سازی شده در آزمایشگاه را کند کرده یا آن را معکوس کنند.

منبع:

Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-11178-w.

https://www.news-medical.net/news/20190716/Human-pancreas-on-a-chip-could-help-identify-possible-cause-of-CF-Related-Diabetes.aspx