تراشه‌های بافت – تقلیدی‌های کوچک از اندام‌های انسان، تنها به اندازه میلی‌متر – جایگزینی برای مدل‌های حیوانی به عنوان راهی برای مطالعه بیماری‌ها یا ارزیابی داروها هستند. با این حال، محدودیت عمده تراشه‌های بافتی این است که دقیقاً فعل و انفعالات بافتی را تقلید نمی‌کنند، بنابراین غیرممکن است که بدانیم مثلاً درمان بیماری‌های کبدی ممکن است بر اندام دیگری مانند قلب تأثیر بگذارد.
برای بهبود این فناوری، محققان با بودجه NIBIB سیستمی از تراشه های بافتی به هم پیوسته را توسعه داده اند که می تواند به طور همزمان چهار اندام بالغ را در محیط های آینده خود مدل سازی کند. این تراشه‌های بافت چند عضوی، که می‌توانند برای مدل‌سازی بیماران فردی سفارشی شوند، ممکن است راه جدیدی برای ارزیابی اثرات سیستمیک داروهای جدید باشد.
دکتر دیوید رامپولا، مدیر علوم و فناوری اکتشاف در NIBIB، گفت: به عنوان یک رشته، ما دائماً در تلاش هستیم تا مدل‌های واقع‌گرایانه را توسعه دهیم که نمایش دقیقی از فیزیولوژی انسان باشد. این مطالعه روش جدیدی را برای مدل‌سازی اندام‌های به هم پیوسته انسان ارائه می‌کند که می‌تواند به محققان اجازه دهد بیماری‌ها یا درمان‌هایی را که بر چندین بافت مختلف تأثیر می‌گذارند، بهتر مطالعه کنند.»
سیستم‌های بافت روی یک تراشه که به طور همزمان چندین اندام را مدل می‌کنند قبلا مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما نکته اینجاست – تمام بافت‌های مختلف در یک محیط رشد می‌کنند که نماینده بدن انسان نیست. هر یک از اندام‌های ما برای عملکرد بهینه نیازمندی‌های محیطی منحصربه‌فردی هستند-مثلاً مقادیر مختلف نمک، اسید، پروتئین، فاکتورهای رشد و هورمون‌ها. مجموعه‌ای از مدل‌های اندام، که همگی در شرایط یکسان در آزمایشگاه رشد می‌کنند، ممکن است فنوتیپ‌هایشان را تغییر داده باشند و ممکن است به‌طور دقیق بافت‌های بالغ انسان را نشان ندهند.
تیمی از مهندسان زیستی در دانشگاه کلمبیا در حال پر کردن شکاف بین رشد بافت‌های جدا شده و رشد بافت‌ها در یک محیط مشترک هستند. آنها یک سیستم به هم پیوسته ایجاد کردند که در آن هر عضو در یک محفظه جداگانه رشد می کند، اما همه اتاق ها توسط جریان عروقی به هم متصل می شوند (شبیه به اندام هایی که با گردش خون در بدن متصل می شوند). علاوه بر این، محفظه ها توسط یک سد عروقی نیمه تراوا از هم جدا می شوند که به بافت های فردی اجازه می دهد در محیط بهینه خود رشد کنند، اما همچنین امکان ارتباط بین اندام های مختلف (مانند تبادل سلولی، سیگنال های ایمنی و عوامل ترشحی) را فراهم می کند.
کیسی رونالدسون-بوچارد، نویسنده اول مطالعه توضیح داد: “هدف ما ایجاد یک مدل بهبود یافته از فیزیولوژی انسان بود، بنابراین ما از بدن انسان الهام گرفتیم که بر تعامل اندام به اندام و در عین حال حفظ یک محیط بافت ایده آل است.” D. همکار پژوهشی در دانشگاه کلمبیا در نیویورک. با توسعه یک پلت فرم چند اندامی که در آن بافت ها می توانند از طریق عوامل ترشح شده با یکدیگر صحبت کنند، می توانیم شرایط سیستمیک و پیشرفت بیماری را با دقت بیشتری مدل سازی کنیم.
در آنها مطالعهمنتشر شده در مهندسی زیست پزشکی طبیعتتیم تحقیقاتی در مورد یک تراشه چند اندامی گزارش می دهد که شامل چهار بافت بالغ انسان است: قلب، کبد، استخوان و پوست که همگی توسط عروق به هم متصل شده اند تا یک سیستم به هم پیوسته را تشکیل دهند. پس از رشد اندام های بالغ به مدت چهار هفته در تراشه به هم پیوسته، همه فنوتیپ های صحیح خود را حفظ می کنند و مدل های وفاداری از بافت انسانی را ارائه می دهند. محققان همچنین ارتباط بین اندام های مختلف را نشان دادند: زمانی که آنها به بافت قلب آسیب رساندند، نشانگرهای مخصوص قلب را در سه بافت دیگر پیدا کردند. علاوه بر این، وقتی سلول‌های ایمنی را به جریان عروقی اضافه کردند، دریافتند که این سلول‌ها به بافت آسیب‌دیده قلب مهاجرت می‌کنند، اما نه به اندام‌های سالم.
محققان برای ارزیابی توانایی سیستم خود در مدل‌سازی آزمایش دارو و سمیت، دوکسوروبیسین، یک داروی رایج شیمی‌درمانی مورد استفاده در درمان سرطان را مورد مطالعه قرار دادند. آنها دریافتند که این دارو در سیستم تراشه‌های بافتی آنها مانند بیماران رفتار می‌کند، از جمله عوارض جانبی سمیت قلبی. آنها بر این باورند که مطالعات بیشتر با سیستم خود می تواند به روشی بهبود یافته برای ارزیابی درمان های جدید منجر شود.
Ronaldson-Bouchard خاطرنشان کرد که پلت فرم آنها برای هر بافت مهندسی شده قابل قبول است، نه فقط چهار موردی که در اینجا مورد ارزیابی قرار گرفتند. او گفت: «دانشمندان به سادگی می‌توانند بافت‌های مورد علاقه – بافت‌های انسان سالم یا بیمار – را برای پشتیبانی از مراحل مختلف توسعه پیش‌بالینی وصل کنند. علاوه بر این، با استفاده از سلول‌های مشتق شده از بیمار برای رشد بافت‌های بالغ، سیستم آنها می‌تواند درک کند که چگونه یک بیماری خاص ممکن است بر جمعیت بیماران (بر اساس قومیت، سن، جنسیت یا عوامل دیگر) تأثیر متفاوتی بگذارد. او گفت که این نوع اطلاعات می تواند اثربخشی داروها را بهبود بخشد و طراحی کارآزمایی های بالینی را بهتر اطلاع رسانی کند.
گوردانا وونژاک، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: شرایط سیستمی – مانند متاستاز سرطان، سمیت دارویی چند عضوی، عفونت و پیری – تا حد زیادی از روند تولید دارو کنار گذاشته شده و درمان‌های کافی وجود ندارد، عمدتاً به دلیل فقدان مدل‌های دقیق. – نواکوویچ، دکترا، استاد دانشگاه و استاد بنیاد میکاتی در مهندسی زیست پزشکی و علوم پزشکی در دانشگاه کلمبیا. نیاز به مدل‌های مناسب‌تری وجود دارد، به‌ویژه مدل‌هایی که درک نحوه عملکرد یک دارو در جمعیت‌های خاص بیماران را تسهیل کنند.» تراشه چند اندامی ما پتانسیل انجام این کار را نشان می دهد.”
این مطالعه با کمک‌های مالی NIBIB (UG3EB025765 و P41EB027062)، مؤسسه ملی سرطان (NCI؛ کمک‌های مالی R01CA249799، R35CA197745، و P30CA013696)، مرکز ملی کمک‌های مالی علوم ترجمه، NIH03، و NIH03، و NIH01 مدیر (OD؛ کمک های مالی (S10OD012351 و S10OD021764).
مرجع مطالعه: Ronaldson-Bouchard K, Teles D, Yeager K, et al. یک تراشه چند عضوی با سوله‌های بافت بالغ که توسط جریان عروقی به هم متصل شده‌اند. مهندس Nat Biomed. 2022; 6 (4): 351-371. doi:10.1038/s41551-022-00882-6
