قلبی از طلا: نانوفیبرهای طلا در بافت مصنوعی قلب سبب بهبود پیام‌رسانی الکتریکی آن می‌شوند

A Heart of Gold: Gold Nanofibers in Engineered Heart Tissue Can Enhance Electrical Signalling

بافت قلب در یک حمله‌ی قلبی متحمّل آسیب‌های جبران‌ناپذیری می‌شود. چون سلول‌های قلبی توانایی تکثیر ندارند و تعداد اندکی سلول بنیادی در قلب وجود دارد، این بافت قابلیّت ترمیم خود را ندارد؛ در نتیجه دچار فیبروزیس می‌شود و نمی‌تواند به‌خوبی منقبض شود.

دانشمندان درپی یافتن شیوه‌های جدید برای بازیابی عمل قلب، به دنبال یافتن «پچ»‌های قلبی بودند که بتواند به بدن بیمار پیوندزده‌شود و جایگزین بافت آسیب‌‌دیده‌ی قلب شود.

دکتر Tal Dvir و دانشجوی دوره‌ی Phd او، Michal Shevach، با کمک همکارانشان در دپارتمان میکروبیولوژی مولکولی و بیوتکنولوژی و مرکز نانوساینس و نانوتکنولوژی از دانشگاه Tel Aviv، آغاز به به‌کارگیری طلا درمهندسی بافت قلبی کردند.

آن‌ها در رویارویی با بزرگترین چالشِ ساخت پچ‌‌های قلبی، یعنی اطمینان از هماهنگی سیستم الکتریکی قلب که زنش قلب و ریتم آن را کنترل‌می‌کند، سلول‌های قلبی را با نانوفیبرهایی از جنس ذرّات طلا ادغام‌کردند. هدف آن‌ها بهبود پیام‌رسانی الکتریکی در بین سلول‌های قلبی بود.

Dvir می‌گوید:«طلا در افزایش اتّصال بیومتریال‌ها مؤثّر شناخته‌شده‌است. با افزودن طلا به بافت قلبی، این بافت سریع‌تر، قوی‌تر و هماهنگ‌تر از قبل منقبض شد.» این پژوهش در مجلّه‌ی Materials Chemistry B منتشر شد.

دادن دست کمک به طبیعت

Dvir می‌گوید:«سلول‌های قلبی در سطح خود دارای پروتئین‌هایی هستند که مسئول انتقال سیگنال‌های الکتریکی هستند. امّا فرایند مهندسی بافت قلبی خود سبب نابودی این پروتئین‌ها می‌شود. سلول‌ها به‌طور طبیعی شروع به ساخت دوباره‌ی این پروتئین‌ها می‌کنند. امّا این کار نیازمند زمان است که شاید بیمار فرصت این بازسازی را نداشته‌باشد. نانوفیبر‌های طلا می‌توانند نقش این پروتئین‌ها را تا زمانی که سلول‌ آن‌ها را بازسازی‌کند، بازی‌کنند.»

بافت‌های جدید با قرار دادن سلول‌های بیمار یا یک حیوان در یک قالب سه‌بعدی ساخته‌شده از بیومتریال‌ها (هر مادّه یا سطحی که با سیستم‌های بیولوژیک برهم‌کنش داشته‌باشد) ساخته‌می‌شوند که سبب شکل مناسب بافت به هنگام رشد این سلول‌ها می‌شود. Dvir و تیمش به کمک روش‌های شیمیایی و فیزیکی ذرّاتی از جنس طلا را وارد قلب کردند. سرانجام این سلول‌ها با کمک ذرّات طلا توانایی خود در انتقال سیگنال‌های الکتریکی را بازیافتند.

پژوهشگران با به کارگیری میکروسکوپ‌های الکترونی نگاره (SEM) و سنجش‌های گوناگون الکتریکی، رسانایی الکتریکی این بافت جدید را سنجیدند. سلول‌هایی که در قالبِ دارای ذرّات طلا قرارداشتند، دارای انقباض‌های قوی‌تری نسبت به سلول‌هایی بودند که در قالب بدون ذرّات طلا قرارداشتند. همچنین انقباض یک‌پارچه‌ی این سلول‌ها اثباتی بر پیام‌رسانی الکتریکی مناسب بین آن‌ها بود.

یک شانس طلایی

چون ۵۰٪ قربانیان حمله‌ی قلبی پس از گذشت ۵ سال از نخستین حمله،‌ جان خود را ازدست‌می‌دهند، نیاز به گزینه‌های درمانی جدید به شدّت احساس می‌شود. یک بافت قلبی قابل پیوند و کارا نه تنها جان بیماران را حفظ‌می‌کند، بلکه بر کیفیت زندگی آنان می‌افزاید.

Dvir افزود:«برای اثبات ظرفیت پیام‌رسانی الکتریکی این پچ‌های قلبی دارای نانوفیبر طلا، انجام آزمایش‌های آزمایشگاهی و سپس آزمون‌های کلینیکی بر روی بیماران ضروری است. روش ایده‌آل برای ساخت این بافت‌ها استفاده از سلول‌های خود بیمار است، چون احتمال موفّقیّت را افزایش‌می‌دهد.»

بن‌مایه

ناخن‌ها سرنخ‌هایی را برای رویش دوباره‌ی اندام‌های بدن آشکارمی‌کنند

Fingernails Reveal Clues to Limb Regeneration

از توانایی‌های قابل توجّه پستانداران این است که می‌توانند نوکِ انگشت ِ از دست رفته (شامل ناخن، عصب و حتّی استخوانِ نوک انگشت) را بازسازی‌کنند. در انسان سرِ انگشت قطع‌شده می‌تواند در عرض دو ماه دوباره بروید؛ این پدیده‌ای است که هنوز تقریباً ناشناخته مانده‌است. بر اساس گزارشی که در مجلّه‌ی Nature به‌چاپ رسید، پژوهشگران در مرکز پزشکی NYU Langone، جزئیّاتِ این پدیده‌ی کم‌یاب را در پستانداران روشن‌کردند. آن‌ها موش‌های اصلاح‌ژنتیکی‌شده را به‌کار‌گرفتند تا برای نخستین بار رویدادهای بیوشیمیایی مؤثّر در این فرایند را شناسایی‌کنند. این یافته‌ها نوید از این می‌دهد که روزی بتوان اندام‌های قطع شده‌ی انسان را بازسازی‌کرد.

پروفسور Mayumi Ito می‌گوید:«همه می‌دانند که ناخن‌ها همیشه به رشد خود ادامه‌می‌دهند، امّا هیچ‌کس دلیل آن را به‌درستی نمی‌داند.» پیوند بین رشد دائم ناخن‌ها و قابلیّت رویش دوباره‌ی استخوان و بافت زیر ناخن به‌خوبی شناخته‌نشده‌است. اکنون، Ito و تیمش سرنخ جدیدی را در این فرایند یافته‌اند: سلول‌های بنیادی واقع در ماتریکس ناخن (قسمتی از ناخن که دارای پایانه‌های عصبی و رگ‌های خونی فراوان است) رویش دوباره‌ی ناخن‌ها را تحریک‌می‌کنند. همچنین آن‌ها دریافتند که این سلول‌های بنیادی برای رویش دوباره‌ی استخوان‌ زیر ناخن وابسته به گروهی از پروتئین‌ها به نام شبکه‌ی پیام‌رسانی Wnt (که در رویش‌ دوباره‌ی مو نیز نقش دارد) هستند.

Ito گفت:«هنگامی که ما مسیر پیام‌رسانی Wnt را در موش‌هایی که سر انگشتشان قطع‌شده‌بود مسدود‌کردیم، ناخن و استخوان زیر آن، برخلاف حالت عادی، دوباره رشد‌نکرد.» هنگامی که پژوهشگران این مسیر پیام‌رسانی را در استخوان و بافت دورتر از ناخن دستکاری‌کردند، رویش دوباره‌ی آن قسمت‌ها نیز تحریک‌شد. Ito گفت:«پیش از این، انگشت بریده‌شده تا این حد، دوباره نمی‌رویید.» این یافته‌ها ضرورت مسیر پیام‌رسانی Wnt را در رویش دوباره‌ی سر انگشت نشان‌می‌دهد و می‌تواند به راهی برای تحریک رویش دوباره‌ی اندام‌های دیگر بدن منجر‌شود. براورد می‌شود که ۱.۷ میلیون نفر در ایالات متّحده‌ی آمریکا از قطع عضو رنج‌می‌برند.»

گام بعدی پژوهشگران یافتن مکانیسم‌های مولکولی است که چگونگی تاًثیرگذاری مسیر پیام‌رسانی Wnt را بر رویش دوباره‌ی سر انگشتان نشان‌دهد.

بن‌مایه

سلول‌های بنیادی تمساح سرنخ‌هایی برای رویش دوباره‌ی دندان‌ها در انسان به‌‌دست‌می‌دهد

Alligator Stem Cell Study Gives Clues to Tooth Regeneration

بر اساس پژوهشی تازه در مدرسه‌ی پزشکی Keck از USC ممکن است تمساح‌ها دانشمندان را در یافتن روشی برای تحریک رویش دوباره‌ی دندان‌ها در انسان‌ یاری‌‌دهند.

برای نخستین بار گروهی جهانی از دانشمندان به سرپرستی پروفسور Cheng-Ming Chuong مکانیسم‌های سلولی و مولکولی را که باعث رویش دوباره‌ی دندان‌ها در تمساح‌های آمریکایی می‌شوند، یافتند.

Chuong می‌گوید:«انسان‌ها در حالت طبیعی دو سری دندان می‌توانند داشته‌باشند: دندان‌های شیری و دندان‌های دائمی. ما در نهایت می‌خواهیم سلول‌های بنیادی را شناسایی‌کنیم که سبب تحریک رویش دوباره‌ی دندان‌ها در بزرگسالانی شوند که دندان‌های خود را ازدست‌داده‌اند؛ امّا برای این کار لازم است، ابتدا فرایندهایی را بیابیم که سبب رویش دوباره‌ی دندان‌ها در دیگر حیوانات می‌شود و علّت متوقّف شدن این فرایندها را در انسان درک‌کنیم.»

با وجود این که بیشتر مهره‌داران در سراسر زندگی خود می‌توانند دندان‌های خود را جایگزین‌کنند، در حالی که انسان‌ها تنها یک بار می‌توانند این‌ کار را بکنند؛ با وجود این که لامینای دندانی (نوعی بافت اپیتلیال که در رویش دندان نقش اساسی دارد) در دندان‌های انسان حضور طولانی دارد. تمساح‌ها سازماندهی دندانی بسیار مشابهی با پستانداران دارند و در عین حال در سراسر عمرشان دندان‌ها جایگزین‌می‌شوند.

پروفسور Ping Wu می‌گوید:«دندان‌های تمساح همانند انسان درون حفره‌‌ی استخوانی دندان می‌روید. دندان‌های تمساح که ۸۰ عدد بوده و در طول عمرش ۵۰ بار جایگزین‌می‌شود، مدل خوبی برای مطالعه‌ی دندان‌های انسان است.»

محققان با به کارگیری تکنیک‌های عکس‌برداری میکروسکوپی یافتند که هر دندان تمساح، کمپلکسی از سه زیرواحد شامل دندان در حال کار(در شکل f)، دندان جایگزین (در شکل r) و لامینای دندانی است. این سه زیرواحد سامان یافته‌اند تا فرایند رانده شدن دندان قبلی و رویش دندان جدید بدون نقص انجام‌شود. مطالعه‌ی این زیرواحد‌ها محققان را به این نتیجه رساند که لامینای دندانی تمساح دارای سلول‌هایی بنیادی است که سبب رویش دندان‌های جدید می‌شوند.

Randall B. Widelitz گفت:«سلول‌های بنیادی آهسته‌تر از دیگر سلول‌ها تقسیم‌می‌شوند. سلول‌های لامینای دندانی تمساح طوری رفتارکردند که ما از سلول‌های بنیادی انتظارداشتیم. ما امیدواریم که بتوانیم در آینده این سلول‌ها را از لامینای دندانی تمساح خارج‌کرده و نگه‌داری‌کنیم تا بتوانیم در آزمایشگاه دندان‌های جدید تولیدکنیم.»

همچنین پژوهشگران تصمیم‌دارند که بر روی فرایندهای مولکولی این بازرویش تحقیق‌کنند و امیدوارند که بتوانند این اصول را در پزشکی ترمیمی به‌کارگیرند.

آن‌ها همچنین بر روی مکانیسم‌های پیام‌رسانی سلولی تحقیق‌کردند که با افتادن اتّفاقی دندان فعّال‌ می‌شوند تا فرایندهای رویش دوباره‌ی دندان را تسریع‌ کنند.

بن‌مایه