محققان توانسته‌اند با ترکیب نوعی ماده پلیمری به نام هیدروژل و بافت مرکب روده به نام ارگانوئید – ساخته شده از سلول‌های بنیادی پرتوان – گام مهمی در ایجاد یک تکنولوژی جدید برای کنترل رشد این ارگانوئیدها و استفاده از آنها برای درمان زخم‌های روده‌ای که می‌توانند سبب بیماری‌هایی مانند بیماری التهابی روده شوند، بردارند.
محققین موسسه فناوری جورجیا و دانشگاه میشیگان این گزارش را در ۲۳ اکتبر در مجله Nature Cell Biology منتشر کرده‌اند. این پژوهش در مدل‌های حیوانی انجام گرفته است و توسط موسسه ملی سلامت آمریکا، بنیاد بیماری کرون و کولیت و مرکز مهندسی و پزشکی احیاکننده دانشگاه اموری، حمایت می‌شود.
پژوهشگران از هیدروژل مهندسی شده برای ایجاد یک محیط رشد سه بعدی – به نام ماتریکس – استفاده کردند. این محیط شرایط فیزیکی و بیوشیمیایی مطلوب را برای رشد ارگانوئید فراهم می‌سازد. رویکردهای پیش از این برای ساخت این محیط رشد با پیشگامی جیسون اسپنس، دانشیار پزشکی داخلی از دانشگاه میشیگان، با استفاده از ماتریکس مشتق شده از یک سلول توموری انجام شده است. استفاده از محصولات حیوانی به علت عفونت‌های زئونوتیک بالقوه، که می‌توانند بین انسان‌ها و حیوانات منتقل شوند، یک چالش بالینی قابل توجه است.
آلرد اسکات وارسین استاد و رئیس گروه پاتولوژی تجربی دانشکده پزشکی دانشگاه میشیگان و اسما نصرت مشارکت‌کننده در پروژه، خاطر نشان کردند:
استفاده از ماتریکس مشتق شده از تومور موش کاربردهای این قسمت از تکنولوژی ارگانوئید را در آینده برای استفاده‌های انسانی وسعت خواهد بخشید. این پروژه درهایی برای تحقیق، به خصوص موارد بالینی خواهد گشود.
مقالۀ مرتبط: درمان آرتریت روماتوئید با نوعی هیدروژل جدید
تیم تحقیقات اثبات کردند هیدروژل مهندسی شده علاوه بر اینکه به ارگانوئید اجازه می‌دهد تا در انکوباتور کشت بافت، رشد کند، می‌تواند به عنوانی چسبی عمل کند که به ارگانوئید اجازه می‌دهد تا هنگام پیوند به محل زخم در روده موش چسبیده و به بهبود آن کمک می‌نماید. این موفقیت می‌تواند راهی برای نوع جدیدی از درمان با هدف ترمیم آسیب‌های روده انسان و احتمالاً دیگر ارگان‌ها بگشاید.
آندرس گارسیا استاد آموزشگاه مهندسی مکانیک Tech’s Woodruff جورجیا ذکر کرد:
ما نشان دادیم ماتریکس هیدروژل به ارگانوئیدهای روده انسان (HIO) کمک می‌کند تا به بافت روده‌ای تبدیل شوند، که سبب تمایز و تسریع بهبود زخم می‌شود. این کار استفاده از سلول‌های بنیادی مشتق شده از ارگانوئیدهای روده‌ای انسان را در زمینه‌های درمانی، اثبات می‌کند.
میگوئل کوئیروس از دانشگاه میشیگان و همکار پروژه می‌گوید:
در صورتی که ارگانوئیدهای روده‌ای انسان در آینده برای درمان مورد استفاده قرار گیرند، ماهیت طبیعی تعریف شده‌ی این هیدروژل‌های مصنوعی زیست مهندسی شده می‌تواند آنها را برای استفاده در بیماران انسانی ایده‌آل سازد.
اسما نصرت اضافه کرد:
در این پروژه، ما نشان دادیم هیدروژل‌ها پیوند HIOها را به روده آسیب دیده تسهیل می‌کنند. این تکنیک اثرات قابل توجهی روی برای درمان آسیب‌های روده‌ای ناشی از بیماری‌هایی مانند بیماری التهابی روده دارد.
این ماتریکس مصنوعی، ساخته شده در Georgia Tech برای سازگاری با سلول‌های میزبان می‌تواند به آسانی تغییر یابد. ریکاردو کروز آکونا دانشجوی Georgia Tech و همکار پروژه، چندین ترکیب مختلف را پیش از تعیین اینکه هیدروژل ساخته شده از ۹۶ درصد آب و حاوی پپتیدهای چسبندگی سلولی خاص برای HIOها ایده‌آل هستند، آزمایش کرده بود.
کوئیروز و کروز آکونا با استفاده از یک دستگاه کولونوسکوپی کوچک، هیدروژل را همراه با ارگانوئیدها به زخم‌های ایجاد شده در روده موش‌هایی که دستگاه ایمنی آنان تضعیف شده بود، انتقال دادند. سلول‌های کارگذاشته شده علامت گذاری شده بودند تا بعدها قابل شناسایی باشند. پس از چهار هفته، HIOها به طور کامل در محل زخم پیوند شده بودند و ساختارهایی سه بعدی مشابه بافت طبیعی تشکیل داده بودند. هیدوژل مصنوعی ناپدید شده و به وسیله ماتریکس خارج سلولی طبیعی ساخته شده توسط خود سلول‌ها، جایگزین شده بود.
گارسیا کرسی استادی Rae S. and Frank H. Neely می‌گوید:
از آنجا که سیستم هیدروژل ما به آسانی قابل اصلاح می‌باشد، ما می‌توانیم پارامترهای دیگر را برای ایجاد خواص مکانیکی و زیستی مورد نظر برای حمایت از بسیاری از انواع سلول‌ها و ارگانوئیدهای دیگر تغییر دهیم.
محققین تمایل دارند در قدم بعدی ماتریکس هیدروژل را در جانورانی با سیستم ایمنی طبیعی و در مدل‌های حیوانی آزمایش کنند. آنها ممکن است نیاز داشته باشند روشی برای انتقال مواد هیدروژلی حاوی HIOها برای جایگزینی تکنیک سخت فعلی که در این پژوهش استفاده می‌شود، پیدا کنند. گارسیا، نصرت و اسپنس انتظار دارند قبل از آزمایشات انسانی، آزمایشات حیوانی در جانوران بزرگ‌تر مورد نیاز خواهند بود.
علاوه بر روده، دانشمندان همچنین بر روی استفاده از هیدروژل برای انتقال ارگانوئیدها به کلیه‌ها و ریه‌های آسیب دیده کار می‌کنند.
