پژوهشگران چینی روشی نوآورانه معرفی کردهاند که میتواند مسیر تولید بافتهای آزمایشگاهی را متحول کند. در این روش، به جای جداسازی سلولهای بنیادی یا بازبرنامهریزی ژنتیکی آنها، از چربی انسان به عنوان منبع اولیه برای تولید ارگانوئیدهای عملکردی استفاده میشود. این دستاورد میتواند فرایند ساخت بافتهای شبهعضوی در آزمایشگاه را سادهتر، کمهزینهتر و از نظر بالینی کاربردیتر کند.
ارگانوئیدها ساختارهای سهبعدی کوچکی هستند که در محیط آزمایشگاهی رشد میکنند و از نظر ساختاری و عملکردی شبیه اندامهای واقعی بدن عمل میکنند. تاکنون بیشتر روشهای تولید ارگانوئید متکی بر سلولهای بنیادی جنینی یا سلولهای بنیادی پرتوان القایی بودهاند؛ روشهایی که علاوه بر پیچیدگی فنی، با چالشهای اخلاقی و هزینههای بالا نیز همراه هستند. اما در این پژوهش جدید، دانشمندان نشان دادهاند که میتوان بدون جدا کردن سلولها به صورت تکی و بدون دستکاری ژنتیکی، از چربی انسان ارگانوئیدهایی با عملکرد واقعی تولید کرد.
این تحقیق توسط تیمی از دانشمندان در دانشکده پزشکی دانشگاه جیائو تونگ شانگهای و موسسه جراحی پلاستیک و ترمیمی شانگهای انجام شده و نتایج آن در مجله Engineering منتشر شده است. پژوهشگران این روش را سادهتر، مقیاسپذیرتر و از نظر بالینی مرتبطتر توصیف میکنند.
چربی انسان به عنوان پایه زیستی جدید
در مرکز این رویکرد، مفهومی به نام «میکروفَت بازتجمیعشده» یا RMF قرار دارد. در این روش، بافت چربی انسان به قطعات بسیار کوچک تقسیم میشود و سپس این قطعات به صورت سوسپانسیون در محیط کشت قرار میگیرند. نکته کلیدی این است که برخلاف روشهای رایج، سلولها به صورت تکی از هم جدا نمیشوند. در عوض، ساختار طبیعی بافت و تنوع سلولی آن حفظ میشود.
همین حفظ ریزمحیط طبیعی باعث میشود سلولها بتوانند به طور خودسازمانیافته بازآرایی شوند و مسیرهای تمایزی مختلف را طی کنند. نتیجه این فرایند، شکلگیری ساختارهایی است که به اندامهای گوناگون بدن شباهت دارند و مهمتر از آن، رفتار عملکردی از خود نشان میدهند.
پژوهشگران نشان دادند که با استفاده از چربی انسان میتوان ارگانوئیدهایی از هر سه لایه زاینده جنینی تولید کرد: مزودرم، اندودرم و اکتودرم. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا به این معناست که یک منبع بافتی واحد میتواند به طیف گستردهای از اندامها تبدیل شود.
تولید ارگانوئید مغز استخوان انسانی
یکی از چشمگیرترین نتایج این مطالعه، تولید ارگانوئیدهای شبهمغز استخوان بود. زمانی که پلتهای RMF حاصل از چربی انسان در بدن موشهای دارای نقص ایمنی کاشته شدند، فرایندی به نام استخوانسازی درونغضروفی رخ داد. در نتیجه، ساختارهایی شبیه استخوان شکل گرفت که دارای عروق خونی و جایگاههای تخصصی سلولی بودند.
این ارگانوئیدهای مغز استخوان توانستند از خونسازی انسانی پشتیبانی کنند. سلولهای بنیادی خونساز انسانی که به این ساختارها وارد شدند، با موفقیت جایگزین شدند، تکثیر پیدا کردند و به سلولهای خونی مختلف تمایز یافتند. عملکرد این ارگانوئیدها شباهت زیادی به مغز استخوان طبیعی بدن انسان داشت.
چنین مدلی میتواند ابزار قدرتمندی برای مطالعه بیماریهای خونی، اختلالات سیستم ایمنی و نارسایی مغز استخوان باشد. در حال حاضر، دسترسی به نمونههای انسانی مغز استخوان محدود است و بسیاری از آزمایشها به مدلهای حیوانی وابستهاند. استفاده از ارگانوئیدهای مشتقشده از چربی انسان میتواند وابستگی به منابع کمیاب را کاهش دهد و مدلهای دقیقتری برای پژوهش فراهم کند.
ارگانوئیدهای پانکراس با عملکرد واقعی
تیم تحقیقاتی همچنین موفق شد با هدایت تمایز بافتهای RMF، ارگانوئیدهای شبهجزایر پانکراسی تولید کند. این فرایند شامل چهار مرحله تمایزی بود که مسیر رشد پانکراس را شبیهسازی میکرد. نتیجه، ساختارهایی بود که توانایی ترشح انسولین داشتند.
این ارگانوئیدها در مواجهه با گلوکز، میزان ترشح انسولین را افزایش دادند؛ رفتاری که نشاندهنده عملکرد واقعی آنها بود، نه صرفاً شباهت ظاهری. زمانی که این ارگانوئیدهای مشتقشده از چربی انسان به موشهای دیابتی پیوند زده شدند، به سرعت عروقی شدند و توانستند سطح قند خون را به حالت طبیعی بازگردانند.
اگر این نتایج در مطالعات انسانی نیز تأیید شود، میتوان از چربی انسان به عنوان منبعی در دسترس برای تولید بافتهای درمانی در بیماران مبتلا به دیابت استفاده کرد. از آنجا که بافت چربی به راحتی از بدن قابل برداشت است، این رویکرد میتواند مسیر درمانهای شخصیسازیشده را هموار کند.
امکان تولید بافت عصبی از چربی انسان
یافتههای این پژوهش تنها به بافتهای مزودرمی و اندودرمی محدود نشد. محققان نشان دادند که RMF میتواند به سمت سرنوشتهای اکتودرمی نیز هدایت شود. پلتهای حاصل از چربی انسان در شرایط خاص به نوروسفر تبدیل شدند و سپس به سلولهای عصبی و گلیال تمایز یافتند.
این سلولها نشانگرهای مرتبط با سلولهای بنیادی عصبی و همچنین بافت عصبی بالغ را بیان کردند. چنین قابلیتی نشان میدهد که انعطافپذیری رشدی چربی انسان بیش از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد.
تولید ارگانوئیدهای عصبی از یک منبع بافتی ساده و در دسترس میتواند راه را برای مطالعه بیماریهای نورولوژیک مانند آلزایمر، پارکینسون و آسیبهای نخاعی هموار کند. همچنین این مدلها میتوانند برای آزمایش داروها در محیطی نزدیکتر به شرایط واقعی بدن انسان استفاده شوند.
چرا این روش اهمیت دارد؟
یکی از بزرگترین مزایای این روش، حذف مرحله جداسازی سلولهای بنیادی و دستکاری ژنتیکی است. در روشهای سنتی، سلولها به صورت تکی جدا میشوند و سپس تحت شرایط پیچیدهای بازبرنامهریزی میشوند تا به حالت پرتوان بازگردند. این فرایند زمانبر، پرهزینه و از نظر فنی دشوار است.
در مقابل، استفاده از چربی انسان به صورت میکروفَت بازتجمیعشده، ساختار طبیعی بافت و تعاملات سلولی را حفظ میکند. این موضوع نه تنها روند کار را سادهتر میکند، بلکه احتمال میدهد نتایج حاصل از نظر زیستی به شرایط واقعی بدن نزدیکتر باشند.
از نظر عملی نیز بافت چربی یکی از فراوانترین و در دسترسترین بافتهای بدن است. در بسیاری از جراحیهای زیبایی یا درمانی، حجم قابل توجهی از چربی انسان برداشت میشود که میتواند برای اهداف پژوهشی یا درمانی مورد استفاده قرار گیرد. این ویژگی، مقیاسپذیری روش را افزایش میدهد و هزینه تولید ارگانوئید را کاهش میدهد.
آینده پزشکی بازساختی با چربی انسان
اگرچه این فناوری هنوز در مراحل تحقیقاتی قرار دارد، اما پیامدهای آن گسترده است. از درمان دیابت و بیماریهای خونی گرفته تا اختلالات عصبی، همگی میتوانند از ارگانوئیدهای مشتقشده از چربی انسان بهره ببرند. علاوه بر این، شرکتهای داروسازی میتوانند از این مدلها برای آزمایش ایمنی و اثربخشی داروها در شرایطی استفاده کنند که شباهت بیشتری به بدن انسان دارد.
در نهایت، این پژوهش دیدگاه ما نسبت به چربی انسان را تغییر میدهد. بافتی که اغلب تنها به عنوان منبع ذخیره انرژی یا عامل چاقی شناخته میشود، اکنون به عنوان پایهای برای تولید بافتهای پیچیده و عملکردی مطرح شده است. اگر مطالعات آینده نیز این نتایج را تأیید کنند، ممکن است در سالهای پیش رو شاهد تحول بزرگی در حوزه پزشکی بازساختی باشیم؛ تحولی که از دل سادهترین و در دسترسترین بافت بدن انسان آغاز میشود.