2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
COLUMBUS, אוהיו - חוקרים מאוניברסיטת אוהיו סטייט עשו את הצעד הראשון לקראת התמיינות תאים אנושיים במצע גידול מלאכותי.
הממצא, שהוכרז לאחרונה במפגש של האגודה האמריקנית לכימיה בסן פרנסיסקו, עשוי יום אחד לסייע בייצור איברים אנושיים להשתלה.
"אנחנו מניחים את הבסיס לתאים שגדלים באופן מלאכותי שמפתחים מאפיינים מיוחדים, בדיוק כפי שתאים המרכיבים איברים עושים בגוף באופן טבעי", אמר דאגלס קניס, פרופסור למיילדות וגינקולוגיה במדינת אוהיו.
טכניקת דחיסה תרמית חדשה אפשרה לחוקרים לשנות את מצע הגידול בתוך ביו-ריאקטור עם מצע סיבי ולשנות את האופן שבו תאים גדלים ומתרבים. הביוריאקטור הזה הוא מכשיר לגידול רקמות שפותח בעבר במדינת אוהיו.
בבדיקות, החוקרים הצליחו לשדל תאי שליה אנושיים ליצור אשכולות וליזום את אותו סוג של שינויים כימיים כמו שעושים תאי גזע בגוף לפני שהם מתמיינים. חוקרים משותפים בפרויקט כוללים את שאנג-טיאן יאנג, פרופסור, ויאן לי, סטודנט לתואר שני, שניהם בהנדסה כימית; טנג מא, חוקר פוסט-דוקטורט במיילדות וגינקולוגיה; ולארי לסקי, פרופסור חבר לפתולוגיה. לי הציג את הממצאים בפגישה של האגודה האמריקנית לכימיה.
יאנג עיצב את הביוריאקטור כחלופה תלת מימדית לצלחות הפטרי השטוחות שבהן מדענים משתמשים בדרך כלל לתרבית תאים. המכשיר מסוגל לגדל תאים למגוון יישומים כולל תסיסה, תרבית תאים של בעלי חיים, הנדסת רקמות וטיפול בשפכים.
בעבר, יאנג ומהנדסים כימיים אחרים במדינת אוהיו גידלו תאי גידול אנושיים בביוריאקטור כדי לייצר כמויות גדולות של חלבון לחקר הסרטן. קניס וקבוצת המחקר שלו השתמשו בביוריאקטור כדי לגדל תאי שליה אנושיים בריאים במטרה בסופו של דבר לבדוק תרופות שאישה יכולה לקחת במהלך ההריון מבלי לפגוע בעובר שלה.
יער של סיבי פוליאסטר מיקרוסקופיים מעגן תאים חיים בביוריאקטור. זה מאפשר לתאים לגדול ולהתרבות כפי שהם עושים בגוף, ולהיצמד לסיבים כפי שהם יצמיחו לגדילים של חלבונים אנושיים. חומרים מזינים נוזליים עוברים בהתמדה דרך הביוריאקטור, מחקים את זרימת הדם.
בעבודה אחרונה זו, החוקרים גילו שהגדלה או כיווץ של הפערים בין הסיבים בביוריאקטור משנה את האופן שבו התאים גדלים ומתפתחים.
עם זאת, כדי להגיע לממצא הזה, החוקרים נאלצו להמציא דרך לתקן את הפערים בגודל מסוים. אם הם פשוט דוחסים את המיטה הסיבית, היא הייתה חוזרת כמו ספוג רך.אז הם ניסו לחמם ולדחוס את הפוליאסטר בו זמנית, ולמעשה גיהצו אותו לצורה.
Li הסביר שהפוליאסטר פועל כמו מוצק בטמפרטורת החדר, ונוזל בטמפרטורה גבוהה. בטמפרטורה ספציפית ביניהם, בסביבות 160sF, הוא מציג מאפיינים של מוצק ונוזל ברמה המולקולרית. אם הם דוחסים את החומר בזמן קריטי זה, היא אמרה, הוא שומר על צורתו כמו גם על התכונות המולקולריות המיוחדות שלו.
באמצעות שליטה מדויקת בלחץ, טמפרטורה וזמן הדחיסה, החוקרים הצליחו להתאים את גודל הפערים.
Kniss השווה את מבנה הסיבים לפיגום התומך בפיסת פסל. טכניקת הדחיסה התרמית, לדבריו, מספקת שיטה חדשה לשינוי מבנה הפיגומים שיוכלו יום אחד לשמש לגידול איברים אנושיים במעבדה.
"המפתח לגרום לטכנולוגיה הזו לעבוד הוא למצוא דרך זולה וקלה לייצור המוני של הפיגום", אמר יאנג. "וזו הדרך לעשות את זה."
לחלק השני של פרויקט זה, החוקרים גידלו תאי שליה בשתי ערוגות סיביות, אחת בגודל רווח ממוצע של 30 מיקרומטר, ואחרת בגודל רווח ממוצע של 40 מיקרומטר. תאי שליה, בקוטר ממוצע של כ-10 מיקרומטר, מספקים מקרה בדיקה טוב מכיוון שהם דומים לתאים המרכיבים את איברי הגוף, אמר קניס.
כשהסיבים היו במרחק ממוצע של 30 מיקרומטר זה מזה, התאים התרבו מהר מאוד והתפשטו ברחבי הביוריאקטור.
אבל כשהסיבים היו במרחק של 40 מיקרומטר זה מזה, התאים יצרו צבירים במרחבים הפתוחים, ויזמו פונקציות כימיות כפי שהיו עושים בגוף לפני ההתמיינות.
Kniss אמר שהוא יכול לדעת שגווני התאים משנים את תפקודם כשהם מאטים את הרבייה ומגבירים את קצב חילוף החומרים שלהם. התאים צרכו יותר גלוקוז וייצרו יותר חומצת חלב. הם גם החלו לייצר אסטרוגן, הורמון מפתח שתאי השליה מייצרים בדרך כלל.
יאנג הסביר כיצד החוקרים מאמינים שגודל הפער השפיע על האופן שבו התאים גדלו והתנהגו. כאשר הרווחים בין הסיבים היו קטנים מספיק כדי שהתאים יגשרו בקלות על הפער (30 מיקרומטר), הם התרבו במהירות. זה משקף את השלב הראשוני של ייצור תאים מהיר כאשר איברים מתחילים להיווצר בגוף. כאשר המרווחים בין הסיבים היו גדולים מדי עבור התאים לחצות (40 מיקרומטר), הם התחילו לצמוח זה על גבי זה, כפי שהם עושים בגוף לפני שהתאים מתמיינים.
"טכניקת דחיסה תרמית זו מאפשרת לנו ליצור פערים בגודל ספציפי שיניעו תאים להתרבות או להתמיין, ובתקווה שניהם", אמר Kniss.
"ליצירת רקמות אנו זקוקים לצמיחה מהירה בהתחלה, ואז להבחנה מאוחר יותר. להמציא תהליך שבו אתה עושה את שניהם במעבדה הוא אתגר", אמר יאנג.
מא אמרה שהסיבה לכך שגיבוש מאפשר לתאים להתמיין היא עדיין תעלומה ביולוגית. הוא חושב שגורמים אחרים, כמו תקשורת כימית בין תאים, עשויים לגרום לתאים להתמיין.
לKniss אין תוכניות מיידיות להשתמש בטכנולוגיה הזו כדי לנסות לגדל איברים שלמים. עם זאת, הוא אמר שחוקרים במעבדות אחרות מנסים כיום לגדל תאי עצם, שלפוחית השתן, כליות, כבד וקרנית באמצעות טכנולוגיות קשורות.
"העקרונות הבסיסיים שאנו מספקים יעזרו לאנשים האלה עכשיו, ובתקווה שבעתיד יסייעו לאנשים אחרים לייצר איברים שלמים", אמר.
לעבודת הדוקטורט שלה, לי פועלת לגידול תאי דם בטבורי. אם היא תצליח, ניתן להשתמש בביוריאקטור יום אחד לגידול תאים עבור חולי מושתלי מח עצם.
