مهندسان زیستی نوعی ارگانوئید لوزالمعده را پرورش داده اند که مانند لوزالمعده ی حقیقی کار می کند

13سپتامبر 2021- مهندسان زیستی درMIT ، با همکاری دانشمندان موسسه ی تحقیقات سرطان منچستر بریتانیا، راهی برای رشد کپی های کوچکی از لوزالمعده با استفاده از سلول های سالم یا سرطانی لوزالمعده، ایجاد کردند. مطالعه ی این ارگانوئیدها می تواند به محققان در توسعه و آزمایش درمان های جدید سرطان لوزالمعده که یکی از کشنده ترین انواع سرطان است، کمک کند.

با استفاده از یک ژل تخصصی که محیط خارج سلولی اطراف لوزالمعده را تقلید می کند، محققان توانستند "ارگانوئیدهای لوزالمعده" را پرورش دهند که به آنها این امکان را می دهد تا تعاملات مهم بین تومورهای پانکراس و میکرو محیط اطرافشان را مطالعه کنند. برخلاف برخی از ژلهایی که اکنون برای رشد بافت استفاده می شود، ژل جدید MIT کاملاً سنتتیک است، و می تواند هر بار به راحتی در آزمایشگاه با ترکیب ثابتی تولید شود.

پرفسور Linda Griffith، استاد دانشکده مهندسی آموزش نوآوری و استاد مهندسی زیستی و مهندسی مکانی، گفت: مسئله تکرارپذیری یک موضوع اساسی است. جامعه تحقیقاتی به دنبال راههایی برای انجام روشهای بیشتر کشت این نوع ارگانوئیدها و به ویژه کنترل میکرو محیط اطراف آنها بوده است.

محققان همچنین نشان دادند که ژل جدید آنها می تواند برای رشد انواع دیگر بافت ها از جمله بافت روده و اندومتر مورد استفاده قرار گیرد.پرفسورGriffith  و پرفسورClaus Jorgensen ، رهبر گروه موسسهی تحقیقات سرطان منچستر، نویسندگان ارشد این مقاله هستند که امروز در Nature Materials چاپ شده است. نویسنده اصلی این مقاله Christopher Below، دانشجوی سابق کارشناسی ارشد در موسسه تحقیقات سرطان منچستر بریتانیا است.

تقلید از میکرومحیط اطراف سلولها

پرفسور Griffith، می گوید: به طور سنتی، آزمایشگاه ها از ژل بافتی موجود در بازار برای رشد ارگانوئیدها در یک ظرف آزمایشگاهی استفاده می کنند. با این حال، به عنوان پرکاربردترین ژل تجاری که از ترکیبی پیچیده از پروتئین ها، پروتئوگلیکان ها و عوامل رشد تشکیل شده است، این ژل مشتق شده از توموری است که در بدن موش رشد می کند، و ترکیب آن می تواند از یک بار تولید تا بار دیگر متغیر باشد و اجزای نامطلوبی در آن وجود داشته باشد. همچنین ممکن است برای رشد همه ی انواع سلول ها مناسب نباشد.

حدود 10 سال پیش، آزمایشگاه پرفسور Griffith، شروع به کار روی طراحی نوعی ژل مصنوعی کرد که بتواند برای رشد سلولهای اپیتلیال که بصورت ورقه ای رشد می کنند و بیشتر اندام ها را همراه با سایر سلولهای حمایتی مفروش می کنند، مورد استفاده قرار دهد.

ژل تولید شده آنها مبتنی بر پلی اتیلن گلیکول (PEG) است، پلیمری که اغلب برای کاربردهای پزشکی استفاده می شود زیرا با سلولهای زنده تعامل ندارد. با مطالعه خواص بیوشیمیایی و بیوفیزیکی ماتریکس خارج سلولی، که اندام های بدن را احاطه کرده است، محققان توانستند ویژگی هایی را شناسایی کنند که با گنجاندن آنها در ژلPEG ، به رشد سلول ها کمک کند.

یکی از ویژگی های اصلی وجود مولکول هایی به نام لیگاندهای پپتیدی است که با پروتئین های سطح سلول به نام اینتگرین در تعامل هستند. اتصال چسبنده ی بین لیگاندها و اینتگرینها به سلولها اجازه می دهد تا به ژل بچسبند و اندامکها را تشکیل دهند. محققان دریافتند که ترکیب پپتیدهای مصنوعی کوچک مشتق شده از فیبرونکتین و کلاژن در این ژل به آنها اجازه می دهد تا انواع بافت های اپیتلیال، از جمله بافت روده را رشد دهند. آنها نشان دادند که سلولهای حمایتی به نام سلولهای استرومایی به همراه سلولهای ایمنی نیز می توانند در این محیط رشد کنند.

در این مطالعه ی جدید، پرفسور Griffith و Jorgensen می خواستند ببینند آیا می توان از این ژل برای حمایت از رشد طبیعی ارگانوئیدهای لوزالمعده و تومورهای پانکراس نیز استفاده کرد. بطور سنتی، رشد بافت لوزالمعده به نحوی که سلولهای سرطانی و محیط پشتیبان را تکثیر کند، دشوار بوده است، زیرا هنگامی که سلولهای تومور لوزالمعده از بدن خارج می شوند، ویژگیهای سرطانی متمایز خود را از دست می دهند.

محققان آزمایشگاه پرفسور Griffith، یک پروتکل برای تولید ژل جدید تهیه کردند و سپس پرفسورJorgensen ، در آزمایشگاه خود که زیست شناسی سرطان پانکراس را مطالعه می کند، آن را تولید و برای رشد اندامک لوزالمعده آزمایش نمود. Jorgensen و شاگردانش توانستند این ژل را تولید کرده و با استفاده از سلولهای سالم یا سرطانی لوزالمعده که از موش گرفته شده بودند، اندامکهای لوزالمعده را بر روی این ژل پرورش دهند.

پرفسور Jorgensen گفت: ما پروتکل ساخت این ژل را از پرفسور Griffith، دریافت کردیم و معرف ها را وارد کردیم و سپس کار کرد. من فکر می کنم این نشان می دهد که این سیستم چقدر قوی است و چگونه به راحتی در آزمایشگاه قابل اجرا می باشد.

او افزود: رویکردهای دیگری که ما امتحان کرده بودیم، بسیار پیچیده بودند یا میکرومحیط موجود در بافتهای زنده را دقیقا شبیه سازی نمی کردند. با استفاده از این ژل، آزمایشگاه Jorgensen، توانست ارگانوئیدهای لوزالمعده را با بافت هایی که در موش های زنده مطالعه کرده اند، مقایسه کند. آنها دریافتند که ارگانوئیدهای توموری بسیاری از اینتگرین های مشابهی را که در تومورهای لوزالمعده مشاهده می شود، بیان می کنند. علاوه بر این، انواع دیگری از سلول ها که به طور معمول تومورها را احاطه کرده اند، از جمله ماکروفاژها (نوعی از سلولهای ایمنی) و فیبروبلاستها (نوعی از سلولهای حمایتی)، همچنین قادر به رشد در این محیط میکرو هستند.

سلولهای مشتق از بیمار

محققان همچنین نشان دادند که می توانند از ژل خود برای رشد ارگانوئیدهای سلول های سرطانی لوزالمعده در بیماران استفاده کنند. آنها معتقدند که این ژل می تواند برای مطالعه سرطان های ریه، کولورکتال و سایر سرطان ها مفید باشد. از چنین سیستم هایی می توان برای تجزیه و تحلیل چگونگی تأثیر داروهای بالقوه ی سرطان بر تومورها و میکرو محیط آنها استفاده کرد.

پرفسور Griffith، همچنین قصد دارد از این ژل برای رشد و مطالعه بافت بیماران مبتلا به آندومتریوز استفاده کند، وضعیتی که باعث می شود بافتی که در داخل رحم قرار دارد در خارج از رحم رشد کند و منجر به درد و گاهی ناباروری شود.

یکی از مزایای ژل جدید این است که کاملاً مصنوعی است و می توان آن را به راحتی در آزمایشگاه با مخلوط کردن پیش سازهای خاص از جمله PEGو برخی از پلی پپتیدها تهیه کرد. محققان حق ثبت اختراعی را در مورد این فناوری ثبت کرده اند و در حال صدور مجوز آن به شرکتی هستند که می تواند ژل را به صورت تجاری تولید کند.

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/09/210913135619.htm