ابتكر العلماء إنسانًا يتنفس رئة على شريحة من خلايا أحد المتبرعين

الباحثون من معهد فرانسيس كريكا (المملكة المتحدة) بالتعاون مع شركة التكنولوجيا الحيوية AlveoliX، أول نموذج لرئة بشرية على شريحة، تم إنشاؤها بالكامل من الخلايا الجذعية لشخص واحد. ويعيد النظام الجديد إنتاج حركات التنفس والمراحل المبكرة لأمراض الرئة، بما في ذلك مرض السل، ويفتح الطريق لاختبارات الأدوية الشخصية. يتم نشر النتائج في تقدم العلوم.

تلعب الحويصلات الهوائية – وهي أكياس هوائية صغيرة في الرئتين – دورًا رئيسيًا في تبادل الغازات وتكون بمثابة خط الدفاع الأول ضد مسببات الأمراض المستنشقة. ولدراسة كيفية تفاعل العدوى مع أنسجة الرئة بالضبط، يستخدم العلماء تقنيات الأعضاء على الرقائق، وهي أجهزة مصغرة ذات قنوات وحجيرات تحاكي عمل الأعضاء.

حتى الآن، تم إنشاء نماذج الرئة على الرقاقة من خليط من الخلايا من متبرعين مختلفين وخطوط تجارية مختلفة، ولهذا السبب لم يتمكنوا من إعادة إنتاج الخصائص الفردية للجسم بدقة. في العمل الجديد، استخدم الباحثون فقط الخلايا المتطابقة وراثيا التي تم الحصول عليها من الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات من متبرع واحد لأول مرة.

محاكاة المرض

الخلايا الجذعية المحفزة المستحثة (iPSC) هي خلايا بشرية بالغة تمت “إعادة برمجتها” مرة أخرى إلى الحالة الجذعية في المختبر. في البداية، يمكن أن تكون هذه الخلايا، على سبيل المثال، الجلد أو الدم. وباستخدام عوامل خاصة، يعيدها العلماء إلى حالة يمكنهم فيها مرة أخرى التحول إلى أي نوع من خلايا الجسم تقريبًا – في هذه الحالة، الخلايا الظهارية السنخية في الرئتين، وبطانة الأوعية الدموية والخلايا المناعية. وفي الوقت نفسه، تحتفظ الخلايا iPSCs بالمجموعة الكاملة من الجينات من متبرع محدد.

حصل العلماء على الخلايا الظهارية السنخية من النوعين الأول والثاني، بالإضافة إلى الخلايا الوعائية، التي تمت زراعتها على جوانب متقابلة من غشاء رقيق للغاية داخل شريحة AlveoliX، لتشكل حاجزًا للكيس الهوائي. ولمحاكاة التنفس، يقوم الجهاز بإنشاء حركات تمدد إيقاعية ثلاثية الأبعاد. وقد حفز هذا تكوين الزغيبات الدقيقة، وهي عنصر مهم في الحويصلات الهوائية التي تزيد من مساحة السطح لتبادل الغازات.

ثم أضافوا الخلايا البلعمية – وهي خلايا مناعية مشتقة أيضًا من الخلايا الجذعية من نفس المتبرع – إلى النظام وأدخلوا بكتيريا السل. وفي العينات المصابة، لاحظ الباحثون تكوين مجموعات كبيرة من البلاعم مع مركز نخري (بنية تحدث خلال المراحل المبكرة من الإصابة بالسل في الرئتين) محاطة بالخلايا الحية. يُظهر ظهورها في نموذج “الرئة على شريحة” أن النظام يعيد إنتاج العمليات الحقيقية التي تحدث في الحويصلات الهوائية البشرية في المراحل المبكرة وغير المحسوسة سريريًا من مرض السل. بعد خمسة أيام من الإصابة، تم تدمير الحواجز الظهارية والبطانية، مما يشير إلى ضعف وظيفة السنخية.

ضرورة العلم والطب

وقال ماكس جوتيريز، كبير مؤلفي الدراسة، إن مثل هذه الرقائق لها أهمية خاصة وسط الطلب المتزايد على بدائل الاختبارات على الحيوانات. أنها تسمح بنمذجة أكثر دقة للعدوى البشرية، وتجنب الاختلافات بين الحيوانات والبشر.

ويؤكد المؤلفون أن هذه التكنولوجيا يمكن تكييفها مع الخلايا الجذعية المأخوذة من أشخاص لديهم طفرات جينية محددة، على سبيل المثال، لدراسة قابلية الأفراد للإصابة بالسل واختبار فعالية المضادات الحيوية. يتطور مرض السل ببطء، ويقدم نموذج جديد نظرة ثاقبة للمراحل المبكرة “غير المرئية” للمرض. وفي المستقبل، يخطط الباحثون لتوسيع النظام عن طريق إضافة أنواع أخرى من الخلايا.