2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
מהנדסי רקמות יכולים להשתמש בתאי גזע מזנכימליים המופקים משומן כדי ליצור סחוס, עצם או יותר שומן. התאים הטובים ביותר לשימוש הם אלה שכבר צפויים להפוך לרקמה הרצויה. חוקרים מאוניברסיטת בראון גילו שהתכונות המכניות של תאי הגזע יכולות לחזות מה הם יהפכו, מה שמוביל לשיטה אפשרית לרכז אותם לשימוש בריפוי.
כדי להפוך למרפאים טובים יותר, מהנדסי רקמות צריכים דרך בזמן ואמינה להשיג מספיק חומרי גלם: תאים שכבר קיימים או יכולים להפוך לרקמה שהם צריכים לבנות.במחקר חדש, המהנדסים הביו-רפואיים של אוניברסיטת בראון מראים שהנוקשות, הצמיגות ותכונות מכניות אחרות של תאי גזע בוגרים המופקים משומן, כמו פסולת שאיבת שומן, יכולים לחזות אם הם יהפכו לעצם, סחוס או שומן.
תובנה זו יכולה להוביל למסנן המסוגל לחלץ את התאים הדרושים מדגימת רקמה גדולה ומגוונת יותר, אמר אריק דרלינג, מחבר בכיר של המאמר שפורסם ב- Proceedings of the National Academy of Sciences. תארו לעצמכם מנתח שמשתמש במסנן כזה כדי לשאוב תחילה שומן ממטופל עם פגיעה בעצם ולאחר מכן להזריק ריכוז גבוה של תאי גזע מייצרי עצם לתוך מקום הפצע במהלך אותה ניתוח.
אם תכונות מכניות של תאי גזע - צמיגות, נוקשות, גודל - מנבאות למה הם יהפכו, השלב הבא הוא פיתוח מכשיר לבדיקה ומיון בתפוקה גבוהה. במאמר, החוקרים מדווחים כי השומן הנוקשה ביותר תאי גזע מזנכימליים שמקורם נטו להפוך לעצם, אלו שהיו הגדולים והרכים ביותר נטו להפוך לשמנים, ואלה שהיו צמיגים במיוחד נטו להסתיים כסחוס.
"התוצאות מרגשות כי לא רק המאפיינים המכניים מצביעים על השושלת שתאים אלה יכולים ללכת, אלא גם את מידת ההתמיינות שלהם", אמר דרלינג, עוזר פרופסור למדעי הרפואה במחלקה לפרמקולוגיה מולקולרית, פִיסִיוֹלוֹגִיָה. וביוטכנולוגיה והמרכז להנדסה ביו-רפואית של האוניברסיטה. "זה אומר לנו עד כמה הם יהיו טובים אם נבדיל אותם לסוג רקמה נתון."
לדוגמה, כאשר מהנדסי רקמות בודקים שומן מופק לתאים כדי ליצור עצם, למשל, הם יכולים למיין את התאים בחיפוש אחר תאים עם רמה מסוימת של נוקשות או יותר. בין אם התאים הם תאי גזע "בלתי מובחנים" שלא עשו שום צעד לקראת הפיכתם לסוג תאים ספציפי, או כאלה שהם כבר תאי עצם, רק אלה עם הקשיחות הנדרשת יבצעו את החתך. תהליך זה יניב אוכלוסייה גבוהה יותר של תאים לייצור רקמת עצם חדשה.
"האם נוכל להעשיר את אוכלוסיות התאים עבור תאים שאנו רוצים להשתמש בהם, בין אם הם סוגי תאים לא מובחנים לחלוטין, מובחנים חלקית או מובחנים לחלוטין?" אמרה דרלינג. "זה לא משנה כל עוד הוא מכוון ליישום הרקמה הספציפית."
המחקר של דרלינג, בהובלת עוזרי המחקר רפאל גונזאלז-קרוז וורה פונסקה, כלל שיבוט תאי גזע אנושיים בוגרים שמקורם בשומן ב-32 אוכלוסיות של תאי גזע. לאחר מכן הם חיטטו, דחפו ומדדו את התאים עם מיקרוסקופ כוח אטומי, משיגים מדידות של כמה הם גדולים, עד כמה הם חזקים תחת לחץ, וכיצד הכוח בינם לבין הגשושית שלוחה של הסקופ השתנה עם הזמן. הצוות מצא שהתאים מציגים מגוון רחב של קשיחות, צמיגות וגודל.
לאחר שקיבלו את המדידות, החוקרים גרמו כימית לתאים להתמיין וניתחו את רמות המטבוליטים העיקריים שנוצרו על ידי התאים כשהם התבגרו כמה שבועות לאחר מכן.עבור כל אוכלוסייה, המטבוליטים הצביעו על השיעור היחסי שהתמיין לרקמה כזו או אחרת. אוכלוסייה 28, למשל, הגיבה ככל הנראה בצורה פרודוקטיבית לרמזים כימיים לייצור סחוס, רק במידה מסוימת לייצור עצם וללא רמזים לייצור שומן.
רגע המפתח היה כאשר החוקרים קשרו את המדידות המכניות של כל אוכלוסיית תאים עם נתוני המטבוליטים שלה. האם התכונות המכניות חזו אילו אוכלוסיות יצליחו ביותר להפוך לתאי עצם או לתאי סחוס או לתאי שומן? בטח, הם עשו זאת. אוכלוסיות התאים הנוקשות ביותר ייצרו יותר עצם. התאים המטושטשים ביותר היו אלה שייצרו הכי הרבה שומן. אלו עם הצמיגות הגבוהה ביותר היו אלו שכנראה נועדו להפוך לסחוס.
דרלינג והצוות שלו ערכו אז סימולציית מיון כדי לקבוע אם סינון דגימה לפי מאפיינים מכניים שונים יכול לגרום לחילוץ ריכוז גבוה יותר של תאים שימושיים מרקמות.הם גילו שבעוד שהתשואות בשיטות הקיימות לחיפוש סמנים ביולוגיים מולקולריים הן פחות מאחוז אחד, התשואות המבוססות על תכונות מכניות עשויות לעלות ל-3 אחוזים עבור תאים מייצרי עצם, 6 אחוזים עבור סחוסים ו-9 אחוזים עבור שומן.
מעודדים מהתוצאות, שהוא מודה שהן בסיסיות, הקבוצה של דרלינג כבר עובדת לקראת מימוש מעשי יותר של התגלית. אחרי הכל, מנתחים לא הולכים להביא מיקרוסקופים של כוח אטומי לחדר הניתוח; המכשירים האלה עובדים לאט מדי כדי לזהות מספיק תאים בזמן סביר.
"כדי ליישם את זה בפועל, אנחנו צריכים איזשהו מכשיר לבדיקה מכנית בתפוקה גבוהה", הוא אמר. "שם נמצא השלב הבא. זה משהו שהמעבדה שלי עובדת עליו עכשיו."
אז הרעיון מתגבש, כמו תא גזע השואף להפוך לשומן, עצם או סחוס.
המכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שרירים ושלד ועור והמכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית מימנו את העבודה.
