جهاز جديد لنمذجة الأنسجة البشرية المعقدة في المختبر
سيُمكّن جهاز جديد، سهل الاستخدام، مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد العلماء من إنشاء نماذج لأنسجة بشرية ذات تحكم وتعقيد أكبر.
وقد قاد فريق بحثي متعدد التخصصات من جامعة واشنطن وكلية الطب بجامعة واشنطن تطوير هذا الجهاز.
هندسة الأنسجة
تساعد هندسة الأنسجة ثلاثية الأبعاد، التي شهدت مؤخرًا تقدمًا كبيرًا في السرعة والدقة، الباحثين في مجال الطب الحيوي على تصميم واختبار العلاجات لمجموعة من الأمراض.
أحد أهداف هندسة الأنسجة هو إنشاء بيئات مختبرية تعيد إنشاء الموائل الطبيعية للخلايا.
يعد تعليق الخلايا في هلام بين عمودين مستقلين أحد منصات النمذجة الحالية لنمو أنسجة القلب والرئة والجلد والجهاز العضلي الهيكلي.
مع أن هذا النهج يسمح للخلايا بالتصرف كما لو كانت داخل الجسم، إلا أنه لم يُسهّل دراسة أنواع متعددة من الأنسجة معًا. إن التحكم الدقيق في تركيب الأنسجة وترتيبها المكاني سيسمح للعلماء بنمذجة أمراض معقدة، مثل الاضطرابات العصبية العضلية.
تُفصّل ورقة بحثية نُشرت في مجلة "أدفانسد ساينس" كيف تُمكّن المنصة الجديدة العلماء من دراسة كيفية استجابة الخلايا للإشارات الميكانيكية والفيزيائية، مع إنشاء مناطق مُميزة في الأنسجة المُعلّقة.
يُعرف الجهاز المُطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باسم "ستومب" (STOMP، اختصار لـ "الأنماط المجهرية المفتوحة للأنسجة المُعلّقة").
قاد الفريق العلمي آشلي ثيبيرج، أستاذة الكيمياء بجامعة واشنطن، ونيت سنياديكي، أستاذ الهندسة الميكانيكية والمدير المشارك المؤقت لمعهد جامعة واشنطن للخلايا الجذعية والطب التجديدي.
وأظهر الفريق أن جهازهم قادر على إعادة إنشاء واجهات بيولوجية مثل العظام والأربطة، أو أنسجة القلب الليفية والسليمة.
يُحسّن STOMP طريقةً لهندسة الأنسجة تُسمى الصب، والتي قارنها الباحثون ببساطة بصنع الجيلي في قالب حلوى.
في المختبر، يكون الجل مزيجًا من مواد حية وصناعية. تُضخ هذه المواد في إطار باستخدام الماصة بدلًا من سكبها في قالب.
يستخدم STOMP الخاصية الشعرية - كما لو كان الماء يتدفق عبر ماصة في كوب شرب - ليُمكّن العلماء من توزيع أنواع الخلايا المختلفة بأي نمط تتطلبه التجربة، مثل طباخ يوزع قطع الفاكهة بالتساوي في الجيلي.
قام الباحثون باختبار STOMP في تجربتين: واحدة قارنت بين ديناميكيات الانقباض بين أنسجة القلب المهندسة السليمة والمريضة، والأخرى قامت بمحاكاة الرباط الذي يربط السن بمقبس العظم.
جهاز STOMP بحجم طرف الإصبع تقريبًا. يُثبّت على نظام ثنائي القوائم، طوّره مختبر Sniadecki لقياس قوة انقباض خلايا القلب.
يحتوي هذا الجهاز الصغير على قناة ميكروفلويدية مفتوحة ذات خصائص هندسية للتحكم في تباعد وتركيب أنواع الخلايا المختلفة، ولإنشاء مناطق متعددة داخل نسيج معلق واحد دون الحاجة إلى معدات أو إمكانيات إضافية.
عززت تقنية الهيدروجيل من مجموعة ديفورست للأبحاث جهاز STOMP بميزة تصميمية أخرى: جدران قابلة للتحلل. يستطيع مهندسو الأنسجة تفكيك جوانب الجهاز وترك الأنسجة سليمة.
قال سنياديكي: "عادةً، عند وضع الخلايا في هلام ثلاثي الأبعاد، فإنها تستخدم قواها الانقباضية الذاتية لسحب كل شيء معًا، مما يؤدي إلى انكماش الأنسجة بعيدًا عن جدران القالب، ولكن ليست كل خلية فائقة القوة، وليست كل مادة حيوية قابلة لإعادة التشكيل بهذه الطريقة، لذا، فإن هذا النوع من عدم الالتصاق منحنا مرونة أكبر".
يشعر Theberge بالحماس تجاه الطريقة التي ستستخدم بها الفرق الأخرى تقنية STOMP.
وأضاف: "هذه الطريقة تفتح آفاقًا جديدة لهندسة الأنسجة وأبحاث إشارات الخلايا، وقد كان جهدًا جماعيًا حقيقيًا لمجموعات متعددة تعمل في تخصصات مختلفة".
