قام العلماء بتقليد قلب الجنين لكشف أسرار كيفية ولادة خلايا الدم

الخلايا الجذعية هي نقطة البداية لجميع الخلايا الأخرى في أجسامنا. أول هذه الخلايا التي تم العثور عليها كانت خلايا الدم الجذعية – كما يوحي الاسم ، فإنها تؤدي إلى ظهور أنواع مختلفة من خلايا الدم.

لكن هناك الكثير مما لا نعرفه عن كيفية تطور هذه الخلايا في المقام الأول. في دراسة نُشرت اليوم في Cell Reports ، أظهرنا كيف أن محاكاة مخبرية لقلب الجنين النابض ودورته الدموية تؤدي إلى تطوير سلائف خلايا الدم الجذعية البشرية.

يحاكي الجهاز الصغير تدفق الدم الجنيني ، مما يسمح لنا بمراقبة تكوين الدم الجنيني البشري مباشرة تحت المجهر. قد تساعدنا هذه النتائج في فهم كيف يمكننا إنتاج علاجات منقذة للحياة للمرضى الذين يحتاجون إلى خلايا جذعية دم جديدة.

تزايد العلاجات المنقذة للحياة في المختبر

لعلاج سرطانات الدم الشديدة مثل اللوكيميا ، يحتاج المرضى غالبًا إلى جرعات عالية جدًا من العلاج الكيميائي ؛ زرع خلايا الدم الجذعية ثم يتم تجديد الدم بعد العلاج. هذه علاجات منقذة للحياة ولكنها تقتصر على المرضى الذين لديهم متبرع مناسب لخلايا الدم الجذعية.

هناك طريقة للتغلب على هذه المشكلة تتمثل في زراعة المزيد من خلايا الدم الجذعية في المختبر. لسوء الحظ ، أظهرت التجارب السابقة أن خلايا الدم الجذعية البالغة التي تم حصادها تفقد إمكانية زرعها إذا نمت في المختبر.

أدى اكتشاف الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات – الخلايا الجذعية المصنوعة من الخلايا البالغة – في عام 2006 إلى نهج جديد واعد. تصنع الخلايا الجذعية المحفزة من خلايا المريض نفسه ، لذلك لا توجد مشكلة في رفض الأنسجة ، أو القضايا الأخلاقية المحيطة باستخدام أجنة التلقيح الاصطناعي.

تشبه خطوط الخلايا هذه الخلايا الجذعية الجنينية ، لذلك لديها القدرة على تكوين أي نسيج أو نوع من الخلايا – وبالتالي فهي “متعددة القدرات”. من الناحية النظرية ، يمكن أن توفر خطوط الخلايا الجذعية متعددة القدرات إمدادًا غير محدود من الخلايا لتجديد الدم لأنها خلدت – ويمكن أن تنمو في المختبر إلى أجل غير مسمى.

لكن تطوير العمليات التي تسمح لنا بتنمية أنواع معينة من الأنسجة والأعضاء وأنواع الخلايا – مثل الدم – كان بطيئًا وسيستغرق عقودًا للتقدم. يجب على المرء أن يقلد عملية التطور الجنيني المعقدة في الطبق!

اقرأ المزيد: أول “جنين اصطناعي” في العالم: لماذا يعتبر هذا البحث أكثر أهمية مما تعتقد

هندسة قلب جنيني

يعتمد الفهم الحالي لكيفية تطور خلايا الدم الجذعية الجنينية على نماذج حيوانية. أظهرت التجارب التي أجريت على أجنة أسماك الزرد المخدرة أن الخلايا الجذعية للدم تنشأ في جدار الوعاء الدموي الرئيسي ، الشريان الأورطي ، بعد وقت قصير من نبض القلب الأول. لأسباب أخلاقية ، من الواضح أن هذا النوع من الدراسة غير ممكن في الأجنة البشرية.

لهذا أردنا تصميم نموذج قلب جنيني في المختبر. لتحقيق ذلك ، استخدمنا الموائع الدقيقة – وهو نهج يتضمن التلاعب بكميات صغيرة للغاية من السوائل.

تتمثل الخطوة الأولى في إنتاج خلايا الدم الجذعية من الخلايا الجذعية متعددة القدرات في إقناع الأخيرة لتشكيل الموقع الذي تبدأ فيه خلايا الدم الجذعية في النمو. يُعرف هذا باسم منطقة AGM (الشريان الأورطي-الغدد التناسلية-ميزونيفروس) للجنين.

تحاكي مضخة القلب المصغرة والدورة الدموية (3 × 3 سنتيمترات) البيئة الميكانيكية التي تتشكل فيها خلايا الدم الجذعية في الجنين البشري. يضخ الجهاز وسائط الاستنبات – السوائل المستخدمة في نمو الخلايا – حول دائرة ميكروفلويديك لنسخ ما يفعله قلب الجنين.

خطوة أقرب إلى العلاج

بمجرد حصولنا على الخلايا لتشكيل منطقة AGM عن طريق تحفيز الخلايا في اليوم الثاني من بدء زراعة الخلايا ، طبقنا ما يُعرف باسم تدفق الدورة الدموية النبضي من اليوم العاشر إلى اليوم السادس والعشرين. دخلت سلائف الدم الدورة الدموية الاصطناعية من الأوعية الدموية المبطنة لقنوات الموائع الدقيقة .

بعد ذلك ، حصدنا الخلايا المنتشرة وزرعناها في المزرعة ، مما أظهر أنها تطورت إلى مكونات دم مختلفة – خلايا الدم البيضاء وخلايا الدم الحمراء والصفائح الدموية وغيرها. أظهر التحليل المتعمق للتعبير الجيني في الخلايا المفردة أن تدفق الدورة الدموية أنتج الخلايا السليفة الجذعية للأبهر والدم الموجودة في AGM للأجنة البشرية.

هذا يعني أن دراستنا أظهرت كيف أن تدفق الدورة الدموية النبضي يعزز تكوين سلائف خلايا الدم الجذعية من الخلايا الجذعية متعددة القدرات. إنها معرفة يمكننا استخدامها في المستقبل.

تتمثل الخطوة التالية في بحثنا في زيادة إنتاج سلائف خلايا الدم الجذعية ، واختبار إمكانية زرعها في الفئران التي تعاني من نقص المناعة والتي يمكنها قبول عمليات زرع البشر. يمكننا القيام بذلك عن طريق استخدام أعداد كبيرة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات المزروعة في المفاعلات الحيوية والتي تحفز ميكانيكياً تكوين خلايا الدم الجذعية.

إذا تمكنا من إنتاج خلايا الدم الجذعية بسهولة من سلالات الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، فسوف نوفر إمدادًا وفيرًا من هذه الخلايا للمساعدة في علاج السرطان أو أمراض الدم الوراثية.

اقرأ المزيد: تغذي بكتيريا الأمعاء جهاز المناعة – بالنسبة لمرضى السرطان ، يمكن أن يحمي الميكروبيوم المتنوع من مضاعفات العلاج الخطيرة