תולעי משי עוזרות לגדל רקמות דמויות איברים טובות יותר במעבדות

פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


מהנדסים ביו-רפואיים באוניברסיטת דיוק פיתחו קרום דק במיוחד המבוסס על משי שניתן להשתמש בו במודלים של איבר-על-שבב כדי לחקות טוב יותר את הסביבה הטבעית של תאים ורקמות בגוף. כאשר נעשה בו שימוש בפלטפורמה של איבר כליה-על-שבב, הממברנה עזרה לרקמות לצמוח כדי ליצור מחדש את הפונקציונליות של כליות בריאות וגם חולות.

פרסומת

על ידי מתן אפשרות לתאים לצמוח קרוב יותר זה לזה, הממברנה החדשה הזו מסייעת לחוקרים לשלוט טוב יותר בצמיחה ובתפקוד של תאי מפתח ורקמות של כל איבר, ומאפשרת להם ליצור מודל מדויק יותר של מגוון רחב של מחלות ולבחון טיפולים.

המחקר מופיע ב-4 ביוני בכתב העת התקדמות המדע.

לעתים קרובות, לא יותר מכונן הבזק מסוג USB, מערכות איבר-על-שבב (OOC) חוללו מהפכה באופן שבו חוקרים חוקרים את הביולוגיה הבסיסית של גוף האדם, בין אם זה יצירת מודלים דינמיים של מבני רקמה, חקר תפקודי איברים או מודלים של מחלות. פלטפורמות אלה נועדו לעורר צמיחת תאים והתמיינות באופן המחקה בצורה הטובה ביותר את האיבר המעניין. חוקרים יכולים אפילו לאכלס את הכלים הללו בתאי גזע אנושיים כדי ליצור מודלים של איברים ספציפיים למטופל למחקרים פרה-קליניים.

אבל ככל שהטכנולוגיה התפתחה, הופיעו גם בעיות בעיצוב השבב – בעיקר עם החומרים המשמשים ליצירת הממברנות היוצרות את מבנה התמיכה עבור התאים המיוחדים לצמוח עליהם. ממברנות אלו מורכבות בדרך כלל מפולימרים שאינם מתכלים, ויוצרים מחסום קבוע בין תאים ורקמות. בעוד שהממברנות החוץ-תאיות באיברים אנושיים הם לרוב בעובי של פחות ממיקרון אחד, ממברנות פולימר אלו הן בכל מקום בין 30 ל-50 מיקרון, מה שמפריע לתקשורת בין תאים ומגביל את צמיחת התאים.

"אנחנו רוצים לטפל ברקמות שבשבבים האלה בדיוק כמו שפתולוג יטפל בדגימות ביופסיה או אפילו ברקמות חיות של מטופל, אבל זה לא היה אפשרי עם ממברנות הפולימר הסטנדרטיות מכיוון שהעובי הנוסף מנע מהתאים ליצור מבנים קרובים יותר. דומים לרקמות בגוף האדם", אמרה סמירה מוסה, עוזרת פרופסור להנדסה ביו-רפואית ורפואה ב-Duke. "חשבנו, 'לא יהיה נחמד אם נוכל להשיג חומר על בסיס חלבון שמחקה את המבנה של הממברנות הטבעיות האלה והוא דק מספיק כדי שנוכל לפרוס וללמוד?'".

שאלה זו הובילה את מוסה וג'ורג' (שינגרוי) מו, סטודנט לדוקטורט במעבדה של מוסה והכותב הראשון על הנייר, אל פיברואין משי, חלבון שנוצר על ידי תולעי משי שניתן לסובב אלקטרונית לתוך קרום. כשבודקים אותם במיקרוסקופ, פיברואין משי נראה כמו ספגטי או ציור של ג'קסון פולוק. החומר הנקבובי עשוי מסיבים ארוכים ושזורים זה בזה מחקה טוב יותר את מבנה המטריצה ​​החוץ-תאית המצוי באיברים אנושיים, והוא שימש בעבר ליצירת פיגומים למטרות כמו ריפוי פצעים.

"פיברואין המשי אפשר לנו להוריד את עובי הממברנה מ-50 מיקרון לחמישה או פחות, מה שמקרב אותנו בסדר גודל למה שהייתם רואים באורגניזם חי", הסביר מאו.

כדי לבדוק את הממברנה החדשה הזו, מוסה ומאו יישמו את החומר על דגמי שבבי הכליה שלהם. עשויה מפלסטיק שקוף ובערך בגודל של רבע, פלטפורמת OOC זו נועדה להידמות לחתך רוחב של כליה אנושית – במיוחד דופן הנימים הגלומרולרי, מבנה מפתח באיבר העשוי מצבירי כלי דם שהוא אחראי על סינון הדם.

לאחר שהממברנה הייתה במקום, הצוות הוסיף לשבב נגזרות של תאי גזע פלוריפוטנטיים שמקורם באדם. הם הבחינו שתאים אלו היו מסוגלים לשלוח אותות על פני הממברנה האולטרה-דקה, מה שעזר לתאים להתמיין לתאים גלומרולריים, פודוציטים ותאי אנדותל כלי דם. הפלטפורמה גם עוררה התפתחות של גדרות אנדותל ברקמה הגדלה, שהם חורים המאפשרים מעבר של נוזלים בין שכבות התא.

בסוף הבדיקה, סוגי תאי כליה שונים אלה התאספו לדופן נימי גלומרולרי ויכלו לסנן ביעילות מולקולות לפי גודל.

"היכולת של מערכת השבבים המיקרו-נוזליים החדשה לדמות ממשקי רקמה-רקמה דמויי vivo ולעורר היווצרות של תאים מיוחדים, כגון אנדותל מחודר ופודוציטים גלומרולריים בוגרים מתאי גזע, טומנת בחובה פוטנציאל משמעותי לקידום ההבנה שלנו לגבי התפתחות איברים אנושיים, מחלות. התקדמות והתפתחות טיפולית", אמר מוסה.

בעוד הם ממשיכים לייעל את המודל שלהם, מוסה ועמיתיו מקווים להשתמש בטכנולוגיה זו כדי להבין טוב יותר את המנגנונים מאחורי מחלת כליות. למרות הפגיעה ביותר מ-15% מהמבוגרים האמריקאים, חסרים לחוקרים מודלים יעילים למחלה. מטופלים גם לרוב אינם מאובחנים עד שהכליות נפגעו באופן מהותי, ולעיתים הם נדרשים לעבור דיאליזה או להשתלת כליה.

"שימוש בפלטפורמה זו לפיתוח מודלים של מחלות כליה יכול לעזור לנו לגלות סמנים ביולוגיים חדשים של המחלה", אמר מאו. "זה יכול לשמש גם כדי לעזור לנו לסנן מועמדים לתרופות למספר מודלים של מחלות כליה. האפשרויות מרגשות מאוד".

"לטכנולוגיה הזו יש השלכות על כל דגמי האיבר-על-שבב", אמר מוסה. "הרקמות שלנו מורכבות ממברנות וממשקים, אז אתה יכול לדמיין שימוש בקרום הזה כדי לשפר מודלים של איברים אחרים, כמו המוח, הכבד והריאות, או מצבי מחלה אחרים. שם באמת טמון הכוח של הפלטפורמה שלנו".

עבודה זו נתמכה על ידי מלגת Whitehead במחקר ביו-רפואי, פרס מחקר של הקתדרה מהמחלקה לרפואה באוניברסיטת דיוק, מענק פיילוט MEDx בנושא ביומכניקה בתיקון פציעה או פציעה, פרס Burroughs Wellcome Fund PDEP Career Transition Ad-Hoc, Duke Incubation Fund מהקרן יוזמת Duke Innovation & Entrepreneurship, Award Research Research, מענק פיילוט של מרכז הכליות של ג'ורג' מ. אובריאן (P30 DK081943), מענק חדשנות של מנהל NIH (DP2DK138544).



קישור לכתבת המקור – 2024-06-07 01:43:38

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר

זמרי אופרה צריכים להשתמש בגבולות הקיצוניים של טווח הקול שלהם. מקורות פדגוגיים ומדעיים רבים מצביעים…