«حمله قلبی روی تراشه» جدید می‌تواند به عنوان بستر آزمایشی برای توسعه داروهای شخصی‌سازی شده باشد

محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی آلفرد ای. مان دپارتمان مهندسی زیست پزشکی “حمله قلبی بر روی تراشه” را توسعه داده اند، دستگاهی که روزی می تواند به عنوان بستر آزمایشی برای تولید داروهای جدید قلب و حتی داروهای شخصی سازی شده باشد.

مگان مک‌کین، دانشیار مهندسی پزشکی و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی که این دستگاه را با محقق پسادکتری مگان رکسیوس- ساخته است، گفت: «دستگاه ما برخی از ویژگی‌های کلیدی حمله قلبی را در یک سیستم نسبتاً ساده و آسان برای استفاده تکرار می‌کند.» سالن

این ما را قادر می سازد تا با وضوح بیشتری درک کنیم که چگونه قلب پس از حمله قلبی تغییر می کند. از آنجا، ما و دیگران می‌توانیم داروهایی را تولید و آزمایش کنیم که برای محدود کردن تخریب بیشتر بافت قلب که ممکن است پس از حمله قلبی رخ دهد، مؤثرترین باشند.»

آلفرد ای. مان، گروه مهندسی زیست پزشکی، دانشگاه کالیفرنیای جنوبی

مک کین، یک «مهندس بافت قلب» که قبلاً کارش شامل توسعه مشترک قلب بر روی یک تراشه بود و رکسیوس هال جزئیات یافته‌های خود را در مقاله‌ای که اخیراً در مجله منتشر شده است، شرح می‌دهد. پیشرفت علم با عنوان “منطقه مرزی انفارکتوس میوکارد روی یک تراشه تنظیم مشخصی از عملکرد بافت قلب را توسط یک گرادیان اکسیژن نشان می دهد.”

قاتل شماره 1 آمریکا

بیماری عروق کرونر قلب قاتل شماره 1 آمریکاست. بر اساس گزارش AHA، در سال 2018، 360,900 آمریکایی تسلیم آن شدند که بیماری قلبی مسئول 12.6 درصد از کل مرگ و میرها در ایالات متحده است. بیماری شدید عروق کرونر قلب می تواند باعث حمله قلبی شود که بیشتر این درد و رنج را تشکیل می دهد. حملات قلبی زمانی رخ می دهد که چربی، کلسترول و سایر مواد موجود در عروق کرونر جریان خون غنی از اکسیژن را به قسمتی از قلب به شدت کاهش می دهند. بین سال های 2005 تا 2014، به طور متوسط ​​805000 آمریکایی در سال دچار حمله قلبی می شدند.

حتی اگر بیمار از حمله قلبی جان سالم به در ببرد، با گذشت زمان ممکن است به طور فزاینده ای خسته، عصبی و بیمار شود. حتی برخی به دلیل نارسایی قلبی می میرند. این به این دلیل است که سلول های قلب مانند سایر سلول های ماهیچه ای بازسازی نمی شوند. در عوض، سلول های ایمنی در محل آسیب ظاهر می شوند که برخی از آنها می توانند مضر باشند. علاوه بر این، جای زخم ایجاد می‌شود که قلب و میزان خونی را که می‌تواند پمپاژ کند، ضعیف می‌کند.

با این حال، دانشمندان به طور کامل این فرآیند را درک نمی کنند، به خصوص اینکه سلول های قلب در قسمت های سالم و آسیب دیده قلب چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و چگونه و چرا پس از حمله قلبی تغییر می کنند.

مک‌کین و رکسیوس هال معتقدند حمله قلبی آنها بر روی یک تراشه می‌تواند تا حدودی بر این اسرار روشن کند.

رکسیوس هال گفت: اساساً ما می خواهیم مدلی داشته باشیم که بتواند به درک بهتر آسیب های حمله قلبی منجر شود.

حمله قلبی روی تراشه

حمله قلبی روی یک تراشه به معنای واقعی کلمه از پایه ساخته شده است. در پایه یک دستگاه میکروسیال مربعی با ابعاد 22 میلی متر در 22 میلی متر است که کمی بزرگتر از یک چهارم – ساخته شده از یک پلیمر لاستیک مانند به نام PDMS – با دو کانال در طرف مقابل که گازها از طریق آنها جریان می یابد. در بالای آن یک لایه بسیار نازک از همان ماده لاستیکی قرار دارد که در برابر اکسیژن نفوذپذیر است. مک‌کین می‌گوید سپس یک لایه ریز پروتئین در بالای تراشه طرح‌ریزی می‌شود، به طوری که سلول‌های قلب در یک راستا قرار می‌گیرند و همان ساختاری را تشکیل می‌دهند که ما در قلب خود داریم. در نهایت، سلول های قلب جوندگان در بالای پروتئین رشد می کنند.

مک‌کین گفت: برای تقلید از حمله قلبی، گاز با اکسیژن و گاز بدون اکسیژن از طریق هر کانال دستگاه میکروسیال آزاد می‌شود و «قلب ما را روی یک تراشه در معرض شیب اکسیژن قرار می‌دهد، شبیه به آنچه واقعاً در حمله قلبی اتفاق می‌افتد».

مک کین افزود، از آنجایی که دستگاه میکروسیال کوچک، واضح و به راحتی در میکروسکوپ قابل مشاهده است، همچنین به محققان اجازه می دهد تا تغییرات عملکردی را که گاهی اوقات پس از حمله در قلب اتفاق می افتد، از جمله آریتمی یا ضربان قلب نامنظم مشاهده کنند. و اختلال عملکرد انقباضی یا کاهش قدرت انقباض قلب. در آینده، محققان می‌توانند با افزودن سلول‌های ایمنی یا فیبروبلاست‌ها، سلول‌هایی که اسکار را پس از حمله قلبی ایجاد می‌کنند، مدل را پیچیده‌تر کنند.

در مقابل، محققان نمی توانند تغییرات بافت قلب را در زمان واقعی با مدل های حیوانی مشاهده کنند. علاوه بر این، مدل‌های کشت سلولی سنتی به طور یکنواخت سلول‌های قلب را در معرض سطوح بالای، متوسط ​​یا پایین اکسیژن قرار می‌دهند، اما شیب ندارند. Rexius-Hall گفت که این بدان معناست که آنها نمی توانند آنچه را که واقعاً برای سلول های قلب آسیب دیده در منطقه به اصطلاح مرزی پس از حمله قلبی اتفاق می افتد تقلید کنند.

مک‌کین اضافه کرد: بسیار هیجان‌انگیز و ارزشمند است که تصور کنیم دستگاه ما تأثیر مثبتی بر زندگی بیماران در آینده نزدیک دارد، به‌ویژه برای حملات قلبی، که بسیار شایع هستند.»

سایر نویسندگان این مقاله عبارتند از ناتالی خلیل، دکترای USC Viterbi. دانشجوی مهندسی زیست پزشکی؛ شان اسکوپت و سارا پارکر از موسسه قلب اسمیت در مرکز پزشکی Cedars-Sinai. و Xin Li، Jiayi Hu، Hongyan Yuan از گروه مکانیک و مهندسی هوافضا در دانشگاه علم و صنعت جنوبی در چین.

موسسه ملی قلب، ریه و خون و انجمن قلب آمریکا (AHA) از این تحقیق حمایت کردند.