رشد دادن مینی ریه در آزمایشگاه برای حل مشکلات تنفسی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، دانشمندان فناوری کشت سلولی را توسعه داده اند که ریه های مینیاتوری انسان (کلون شده) را بر روی میکروچیپ یا ریزتراشه های سلول های بنیادی ایجاد می کند و روش جدیدی برای مطالعه عفونت های ریوی مانند COVID-19 ارائه می کند.

این فناوری آسیب پذیری سلول های alveoli را در برابر SARS-CoV-2 آشکار می کند و نشان می دهد که مسدود کردن یک مسیر سیگنال دهی خاص، حساسیت به عفونت را کاهش می دهد. این پلتفرم همچنین کاربردهای بالقوه ای در مطالعه سایر بیماری ها، غربالگری داروها و واکنش سریع به همه گیری های آینده دارد.

داده های بافت های ریه بیمار از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت است، و مکانیسم های اساسی این که چگونه SARS-CoV-2 برای اولین بار سلول های ریه را آلوده می کند، پنهان می کند.

آزمایشگاه های Rockefellers Ali Brivanlou and Charles M. Rice برای اصلاح پلت فرم فناوری کشت سلولی که جوانه های ریه از نظر ژنتیکی یکسان - ساختارهای جنینی که اندام های تنفسی ما را ایجاد می کنند - از سلول های بنیادی جنینی انسان (hESCs) رشد می دهد، همکاری کردند. یافته های آنها اخیرا در مجله Stem Cell Reports منتشر شده است.

Ali Brivanlou می گوید:این ریه ها اساساً کلون هستند. آنها دقیقاً همان امضای DNA را دارند. به این ترتیب ما نباید نگران پاسخ متفاوت یک بیمار با دیگری باشیم. کمی سازی به ما امکان می دهد اطلاعات ژنتیکی را ثابت نگه داریم و متغیر کلیدی یعنی ویروس را اندازه گیری کنیم.

در سال 2021، ابتدا نویسندگان Edwin Rosado-Olivieri، زیست شناس سلول های بنیادی در آزمایشگاه بریوانلو، و براندون رازوکی، پس دکتر در آزمایشگاه ویروس شناسی و بیماری های عفونی رایس، شروع به تشویق سلول ها برای سازمان دهی به اشکال تخصصی تر کردند. سلول های بنیادی به تنهایی سازماندهی نمی شوند. آنها به یک فضای محدود - مانند یک چاه میکروچیپ - و محرک هایی برای جرقه زدن تغییرات نیاز دارند. این محرک ها از چهار مسیر اصلی سیگنال دهی می آیند که سلول های بنیادی را وادار به تمایز به انواع سلول های خاص می کند.

پس از حدود دو هفته، سلول های ریه این گروه جوانه های یکسانی را تشکیل دادند که نمایه های مولکولی آنها کاملاً با نمونه هایی که در مراحل اولیه رشد ریه جنین مشاهده می شد مطابقت داشت - از جمله تشکیل راه های هوایی و آلوئول ها، ساختارهایی که در بسیاری از افراد مبتلا به COVID-19 شدید آسیب دیده است.

از آن زمان، آنها از این پلتفرم برای درک اینکه SARS-CoV-2 چگونه سلول های مختلف ریه را آلوده می کند، استفاده کرده اند.

آلوئول ها کیسه های کوچکی در انتهای شاخه های ریه هستند که تبادل گاز انجام شده با هر نفس را مدیریت می کنند: اکسیژن به داخل، دی اکسید کربن خارج می شود. با مطالعه انبوه سلول های آلوئولی شبیه سازی شده، محققان دریافتند که آلوئول ها نسبت به سلول های راه هوایی که نگهبانان اندام هستند - اولین دفاع در برابر همه تهدیدات استنشاقی - مستعد ابتلا به عفونت SARS-CoV-2 هستند.

آنها همچنین به ترکیبی برنده از پروتئین های سیگنال دهنده برای ایجاد قوی ترین دسته های جوانه های ریه - ترکیبی از فاکتور رشد کراتینوسیت (KGF) و پروتئین مورفوژنتیک استخوان 4 (BMP4) دست یافتند. هر دو به تمایز و رشد سلولی کمک می کنند.

جالب اینجاست که مسیر BMP یک جنبه منفی دارد. هنگامی که آنها جوانه های ریه آلوده را با بافت پس از مرگ بیماران کووید مقایسه کردند، دریافتند که مسیر سیگنال دهی BMP در هر دو ایجاد می شود و بافت ها را در برابر عفونت آسیب پذیرتر می کند. مسدود کردن مسیر BMP باعث می شود سلول ها کمتر آسیب پذیر شوند.

محققان خاطرنشان می کنند که این پلت فرم همچنین می تواند برای بررسی مکانیسم های آنفولانزا، RSV، بیماری های ریوی و سرطان ریه و سایر بیماری ها مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، می توان از آن برای غربالگری داروهای جدید برای درمان آنها استفاده کرد.