מוחי מוסתר בתוך עצמותינו, מחזיק את החיים על ידי ייצור מיליארדי תאי דם מדי יום, מתאים אדומים הנושאים חמצן ועד תאים לבנים מגבירים חיסוניים. תפקוד חיוני זה מופרע לרוב בחולי סרטן העוברים כימותרפיה או הקרנות, מה שעלול לפגוע במוח ולהוביל לספירת תאים לבנים נמוכים בצורה מסוכנת, ולהשאיר חולים פגיעים לזיהום.
כעת, חוקרים מבית הספר להנדסה ומדע יישומי של אוניברסיטת פנסילבניה (Penn Engineering), בית הספר לרפואה פרלמן (PSOM) ובית החולים לילדים בפילדלפיה (CHOP) פיתחו פלטפורמה המחקה את הסביבה הילידית של מחל אנוש. פריצת דרך זו מתייחסת לצורך קריטי במדע הרפואה, מכיוון שמחקרי בעלי חיים לרוב אינם מצליחים לשכפל באופן מלא את המורכבות של המח האנושי.
מחקה את המח האנושי
המכשיר החדש של הצוות הוא שבב פלסטיק קטן שתאיו המעוצבים במיוחד מלאים בתאי גזע דם אנושיים ותאי התמיכה הסובבים אותם הם מתקשרים בהידרוג'ל כדי לחקות את התהליך המורכב של התפתחות מח העצם בעובר האנושי. פלטפורמה זו בהשראת ביולוגית מאפשרת לבנות רקמת מוח אנושית חיה שיכולה לייצר תאי דם אנושיים פונקציונליים ולשחרר אותם לתקשורת תרבותית הזורמת בכלי דם נימים מהונדסים.
שבב המח העצם מאפשר לחוקרים לדמות ולחקור תופעות לוואי שכיחות של טיפולים רפואיים, כמו הקרנות וכימותרפיה לחולי סרטן. כאשר הוא מחובר למכשיר אחר, הוא יכול אפילו לדגמן כיצד מח העצם מתקשר עם איברים אחרים, כמו הריאות, כדי להגן עליהם מפני זיהומים ומתנאים אחרים שעלולים להיות מסכני חיים.
המתואר בעיתון חדש ב תא גזע תאי, מודל מח העצם וההדגמה של הייצור והאוטומציה הגדול שלו בקנה מידה גדול עלולים לקדם שדות מגוונים כמו פיתוח תרופות על ידי מאפשר סינון פרה-קליני אוטומטי-תפוקה גבוהה של רעילות מחית של חשיפה לקרינה ממושכת ומיקרו -גרביטיות במערכת החיסון של אסטרונאוטים).
עברנו דרך ארוכה מבחינת היכולת שלנו להתחדש רקמות אנושיות בַּמַבחֵנָה ומחקים את הפונקציות המורכבות שלהם, אבל הייתי אומר שמערכת זו היא ככל הנראה אחד ממודלי הרקמות הביולוגיות המתוחכמות ביותר שפותחו עד כה. לדוגמה, אנו מראים לראשונה במאמר זה את היתכנותם של יצירת מודלים של אורגן על-על-צ'יפ מחוברים זה לזה של הריאות הנגועות על ידי חיידקים כדי לחקות את המפנק הביוכימי בין שני האיברים לכל תהליך החיסון המולד תגובה לזיהום, משחרור מהיר של מספר גדול של תאי דם לבנים מהמחש לזרם הדם ועד לסחר שלהם בדרכי הנשימה הנגועות, שם הם נלחמים בזיהום על ידי חטוף תאי החיידק. "
דן הואה, פרופסור להנדסה ביולוגית וסופר בכיר של נייר
מקורות חוצניים
הפרויקט החל במקור במטרה ללמוד את מערכת החיסון בחלל. לפני כמעט עשור, הו וג 'סקוט וורתן, רופא המטפל ב- CHOP, פרופסור אמריטוס ברפואת ילדים ב- PSOM והסופר הבכיר האחר של העיתון, הציע לפתח מודל של מח עצם אנושי ושלח אותו לתחנת החלל הבינלאומית (ISS) ו "בהתבסס על ראיות מצטברות המראות סיכון מוגבר לזיהום באסטרונאוטים במשימות ממושכות, רצינו ללמוד כיצד חוסר המשקל משפיע על מערכת החיסון שלנו", אומר וורתן. "ההשערה שלנו הייתה שלמיקרו -גרביטציה עלולה להיות השפעות שליליות."
לרוע המזל, לחוקרים מעולם לא הייתה הזדמנות לבצע ניסויים מזווגים – חלקם על כדור הארץ, ואחרים ב- ISS – שאת תוצאותיהם הם יכלו להשוות. "לאכזבתנו, בקר הזרימה של מערכת Cubelab הנדרש לקיים את דגמי הרקמות המהונדסים שלנו קצרים במעגל במהלך העלייה", נזכר הא. "וההשקה השנייה בוטלה בגלל המגיפה."
ובכל זאת, השבב החדש התברר שיש לו שפע של שימושים. "למרות הכישלון של ניסויי החלל המוצעים שלנו, העבודה על פרויקט זה הייתה אחת החוויות המתגמלות ביותר בקריירת המחקר שלי. אני באמת מרגש שבאמצעות שימוש במערכת זו אנו יכולים כעת לחקות כמה מהתכונות החיוניות ביותר של המוח האנושי ומערכת החיסון שלנו.
לווה את המתכון של הטבע
מח העצם עשוי מכמה מרכיבים עיקריים. אלה כוללים תאי גזע המטופואטיים (HSCs), המבדילים את סוגי התאים הרבים בדם אנושי; תאי אנדותל, המרכיבים את קירות כלי הדם; ותאים מזנכימליים, הבונים ושומרים על רקמת החיבור של המח
בעבר, החוקרים ניסו לשלב מרכיבים אלה, אך נאבקו לשכפל את המבנה והתנהגותו של מוח אנושי בפועל. "כל האיברים בגוף האדם מורכבים, אך חוסר הנגישות האנטומית והמורכבות הביולוגית הייחודית של מח העצם האנושי הפכו אותו למשימה מפחידה לדגמן וללמוד את הפיזיולוגיה שלה בַּמַבחֵנָה"אומר הא.
פריצת הדרך העיקרית הייתה להתמקד בשכפול כיצד עוברים אנושיים מפתחים מח עצם. ברחם, צמיחת מח העצם כוללת תהליכים מרובים וחופפים, המונעים על ידי קומץ סוגי תאי מפתח, אשר "מתארגנים בעצמם" בתגובה לאותות סביבתיים, ובסופו של דבר יוצרים מושבות של תאי גזע ברשת צפופה של כלי דם הנושאים תאים חדשים לשאר הגוף.
להבין בדיוק כיצד לתרבות סוגי התאים הנחוצים נפלו לאנדריי ז'ורג'סו (Geng'21), סטודנט לשעבר דוקטור במעבדה של הו המשמש כיום כמנכ"ל Vivodyne, הסטארט-אפ שהוא והו הקימו יחד למסחר בארגון-א-א ' טכנולוגיית שבב. "עיקרון העיצוב שאנו מדגימים במאמר זה הוא ייחודי ושונה מגישות קונבנציונאליות בכך שהוא מסתמך על יכולתם של תאי גזע ואבנים להתארגן בעצמם ולהרכיב את עצמם לרקמות מורכבות", אומר ג'ורג'סו. "במילים אחרות, כאשר הם מגדלים בסביבה 'הנכונה', תאים אלה יכולים לבנות את עצמם לרקמות מציאותיות עם תכונות פיזיולוגיות. כפי שקורה לעתים קרובות, מציאת תנאים כאלה נדרשה עבודה רבה."
לקראת הגביע הקדוש של טיפול בתאים
בין ממצאי המפתח של עבודה זו היה כי שבב המח לא רק יכול לייצר תאי דם, אלא גם מספק סביבה שתורמת לשמירה על גזע המטופואיטי ותאי אבות לתקופות ממושכות. המשמעות היא שהשבב יכול לעזור לחוקרים להבין את האותות והמצבים הביולוגיים הנחוצים לשמירה או אפילו להרחיב תאי גזע המטופואטיים המבודדים מתורמים אנושיים באמצעות נהלים רפואיים יקרים ופולשים. "בהתחשב במשמעות הקלינית של השתלת תאי גזע המטופואטיים לטיפול בהפרעות שונות, בחינת התועלת של הטכנולוגיה שלנו לטיפולי תאים מבוססי HSC תהיה מטרה חשובה של העבודה העתידית שלנו", אומר הא.
