به گزارش خبرگزاری سیناپرس، بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، بیماری های قلبی عروقی تقریباً ،سوم مرگ و میرها را در سراسر جهان تشکیل می دهند. دانشمندان باید بدانند که قلب انسان چگونه کار می‌کند تا درمان‌های جدید و بهبودیافته را توسعه دهند، اما نزدیک شدن به قلب انسان در حال تپش دشوار است. اکنون، ممکن است راهی برای انجام این کار بدون خروج از آزمایشگاه وجود داشته باشد. محققان دانشگاه بوستون در حال توسعه یک حفره قلبی به اندازه تمبر و متشکل از مواد نانو مهندسی شده منحصر به فرد و کاردیومیوسیت ها که خود به خود می تپند، هستند.
قلب وظیفه مهمی دارد، حفظ جریان خون غنی از اکسیژن در بدن. قلب این کار را با انتقال خون اکسیژن دار از ریه به بدن و فرستادن خون خالی از اکسیژن به ریه انجام می دهد تا چرخه از نو شروع شود. شریان‌ها و سیاهرگ‌ها خون را به داخل و خارج از قلب می‌برند و دریچه‌های دروازه مانند بین حفره‌ها تضمین می‌کنند که خون در زمان مناسب به مکان مناسب جریان می‌یابد.
دستگاه جدید که رسماً به عنوان پمپ میکروسیال یک طرفه با قابلیت تنظیم دقیق قلب یا miniPUMP شناخته می‌شود، این فرآیند را بهتر از دستگاه‌های قبلی خود، از جمله یک قلب با انرژی مصنوعی از جسد انسان، انجام می دهد.
این دستگاه شبیه یک لوله پیستونی شکل است که از کاردیومیوسیت‌های ضربانی پوشیده شده است که از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ناشی از بیمار (iPSCs) متمایز شده‌اند. کاردیومیوسیت‌های مشتق شده از iPSC، لوله را فشرده می‌کنند و از قلب تپنده تقلید می‌کنند. مجموعه پیچیده ای از لوله های ریز مانند وریدها و شریان ها، آب را به داخل و خارج حرکت می دهند و دریچه های پلاستیکی ریز جریان را کنترل می کنند.
محققان قصد دارند از این miniPUMP برای درک بهتر چگونگی رشد قلب و غربالگری داروهای جدید استفاده کنند.
نناد بورساک، مهندس زیست پزشکی از دانشگاه دوک که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: این راهی برای ساختن بافت‌های قلب کوچک با دریچه‌ها است. من فکر می کنم سهم اصلی در واقع دریچه هایی هستند که نوعی الگوی طبیعی بارگذاری مکانیکی را برای این بافت قلب ایجاد می کنند. اگرچه این واقعاً مقدماتی است و آنها هیچ کاربردی برای آن پیدا نکرده اند، بنابراین هیچ دارویی را نیز روی آن آزمایش نکرده اند.
به گفته بورساک، miniPUMP نسبت به قلب مصنوعی که توسط تیم های دیگر ساخته شده است، یک قدم به آزمایش دارو نزدیک تر است. کار های قبلی بسیار بزرگتر بودند و قدرت پمپاژ مایع توسط نیروی بیرونی به جای سلول ها تامین می شد.
آلیس وایت، یک مهندس مکانیک از دانشگاه بوستون که درمهندسی نانو تخصص دارد، با همکاری کریستوفر چن، مهندس زیست پزشکی از دانشگاه بوستون، این مطالعه جدید را در Science Advances انجام داد. این زوج، ایده توسعه miniPUMP را به وجود آوردند و کریستوس میچاس، یک دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه چن را برای انجام این پروژه استخدام کردند.
میچاس به ساخت یک لوله قلب کوچک علاقه مند شد – فقط یک قلب مینیاتوری با استفاده از مقداری از آن بافت – و به سرعت متوجه شد که یک لوله سخت، که نوعی پیکربندی خطی است، واقعاً نمی‌تواند عملکردی را که او می‌خواست نشان دهد. وایت گفت و از آنجایی که او در نانوساخت تخصص داشت، متوجه شد که می تواند داربستی برای ایجاد یک اتاقک بسازد.
میچاس تصمیم گرفت از یک فرم دقیق پرینت سه بعدی به نام چاپ لیزری مستقیم دو فوتونی استفاده کند که به او اجازه می دهد ساختارهای کوچکتر و با جزئیات بیشتری تولید کند. او یک داربست پیستون مانند برای نگهداری اجزای کوچک، از جمله دریچه‌ها و لوله‌های کوچکی که در پاسخ به ضربان قلب منقبض می‌شوند، چاپ کرد. اولین تلاش او زمانی که کاردیومیوسیت ها لوله را له کردند شکست خورد. او با شکست ویدیویی را نشان داد که کاردیومیوسیت های مخرب را در حال عمل به تصویر می کشد. اما سرگروهان تیم او ناامید نشدند برعکس در واقع آنها هیجان زده بودند.
فرآیند چاپ سه بعدی سریع است، بنابراین میچاس به سرعت چندین طرح جدید را چاپ کرد تا زمانی که طرحی را پیدا کرد که بتواند در برابر نیروی وارد شده توسط کاردیومیوسیت ها مقاومت کند. سپس از مدل‌سازی ریاضی برای طراحی دریچه‌های پاسخگو به آن حد از فشار استفاده کرد که به مایع اجازه می‌دهد به داخل و خارج از miniPUMP جریان یابد.
میچاس عملکرد دستگاه را چهار هفته پس از کاشت کاردیومیوسیت ها روی داربست آزمایش کرد. این دستگاه مایع را به داخل و خارج پمپ می‌کرد و به دلیل شیب فشار، مایع از طریق دریچه‌های اکریلیک مانند قلب واقعی حرکت می‌کرد. مدل سازی این عملکرد به محققان اجازه می دهد تا چگونگی عملکرد متفاوت قلب در هنگام اختلال در فشار در بیماری، مانند بیماران مبتلا به فشار خون بالا را بررسی کنند.
محققان هنوز در حال تنظیم دقیق miniPUMP هستند و به دنبال راه های ساده تر برای ساخت آن هستند.
بورساک می گوید: بسیار عالی خواهد بود اگر آنها بتوانند به نحوی طراحی را ساده کنند زیرا هنوز طراحی کمی پیچیده است. اگر دوست دارید چندین آزمایشگاه بتوانند این را بازتولید کنند باید ساده سازی را در اولویت قرار داد زیرا این یک فناوری پیشرفته است که همه نمی توانند به راحتی از پس ساخت آن بربیایند.
این تیم همچنین از این دستگاه برای پاسخ به سوالات بیولوژیکی در مورد رشد قلب استفاده می کند. در حال حاضر، کاردیومیوسیت‌های مشتق شده از iPSC شبیه سلول‌های قلب جنین هستند، اما محققان می‌خواهند سلول‌های قلبی بالغ‌تری تولید کنند تا به سؤالات مربوط به پیری قلب پاسخ دهند.
چن می گوید: یکی از چیزهایی که ما واقعاً به آن علاقه مندیم این است که آیا تهویه مکانیکی – نحوه ضربان و انقباض سلول ها – ممکن است به بلوغ سلول ها کمک کند. هنگامی که جنین متولد می شود، تغییرات عمده ای در نیروهای مکانیکی که سلول ها تجربه می کنند و برای عملکرد باید ایجاد کنند، رخ می دهد. یکی از فرضیه‌های ما این است که شاید آنها همان نیروهایی را تجربه می‌کنند که در داخل بدن تجربه می‌کنند، و این ممکن است [آنها] را بیشتر متمایز کند.
محققان در حال حاضر در حال آزمایش این هستند که miniPUMP چه مدت می تواند دوام بیاورد تا تعیین کنند چگونه سیستم ضربانی بر بلوغ کاردیومیوسیت تأثیر می گذارد. هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا اینکه کسی با استفاده از miniPUMP غربالگری داروها را انجام دهد، اما چن، وایت و بورساک فکر می‌کنند آینده این روش روشن است.
چن گفت: من واقعاً از اینکه بتوانم این ساختار و طراحی داربست را به طور مداوم بهبود ببخشم و به ساختن حفره های به تدریج بهتر ادامه دهم، هیجان‌زده هستم. دوستان پزشک من واقعاً به این ایده علاقه مند هستند که بتوانم این قلب را برای مدت طولانی تری با ثبات نگه دارم و اثرات فشار خون بالا را مطالعه کنم، برای مثال، بر روی این نوع حفره ها، هم در شرایط قلبی طبیعی و هم در قلب بیمار. من واقعاً فکر می‌کنم که این به ما بینش بیشتری در مورد آنچه در انسان اتفاق می‌افتد می‌دهد.
منبع: drugdiscoverynews.com
مترجم: کیانوش کرمی