بیماریهای عروقی از مهمترین چالشهای پزشکی امروز هستند و نقش بزرگی در بروز مشکلاتی مانند سکته، بیماریهای قلبی، آنوریسم و تنگی رگها دارند. برای مطالعه دقیق این بیماریها، دانشمندان نیاز دارند مدلهایی بسازند که تا حد امکان به شرایط واقعی بدن انسان شبیه باشند. در همین راستا، محققان دانشگاه تگزاس A&M موفق شدهاند یک چیپ رگدار زنده طراحی کنند که میتواند ساختار پیچیده و واقعی رگهای خونی انسان را با دقت بیشتری شبیهسازی کند.
در گذشته، بسیاری از مدلهای آزمایشگاهی رگهای خونی را بهصورت لولههایی مستقیم، ساده و یکنواخت نشان میدادند. این مدلها اگرچه برای بررسیهای ابتدایی مفید بودند، اما نمیتوانستند واقعیت پیچیده سیستم عروقی بدن را بازتاب دهند. رگهای خونی در بدن انسان مسیرهایی کاملاً صاف و ساده ندارند؛ بلکه دارای پیچوتاب، انشعاب، باریکشدگی و گشادشدگی هستند. همین تغییرات ظاهراً کوچک میتوانند تأثیر زیادی بر نحوه جریان خون و رفتار سلولهای دیواره رگ داشته باشند.
چیپ جدیدی که توسط جنیفر لی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی زیستی، و تحت هدایت دکتر آبیشک جین ساخته شده، تلاش میکند این پیچیدگیها را وارد محیط آزمایشگاهی کند. این سیستم نوعی پلتفرم میکروفلوئیدیک است؛ یعنی تراشهای کوچک که درون آن کانالهای بسیار ظریفی برای عبور مایعات و سلولها طراحی شدهاند. در این کانالها میتوان جریان خون، تماس سلولها با دیواره رگ و شرایط مکانیکی مشابه بدن را شبیهسازی کرد.
اهمیت این فناوری در آن است که پژوهشگران میتوانند بیماریهایی مانند آنوریسم و تنگی عروق را با دقت بیشتری بررسی کنند. آنوریسم زمانی رخ میدهد که بخشی از دیواره رگ ضعیف و گشاد میشود و به شکل یک برآمدگی خطرناک درمیآید. از سوی دیگر، تنگی عروق زمانی اتفاق میافتد که قطر داخلی رگ کاهش پیدا میکند و جریان خون مختل میشود. هر دوی این شرایط بهشدت تحت تأثیر شکل رگ و الگوی حرکت خون هستند. بنابراین، استفاده از مدلی که فقط یک لوله مستقیم باشد، برای درک کامل این بیماریها کافی نیست.
در این چیپ رگدار زنده، محققان میتوانند ببینند که سلولهای رگی در برابر تغییرات جریان، فشار و شکل رگ چگونه واکنش نشان میدهند. برای مثال، در محلهایی که رگ باریک میشود، سرعت جریان و فشار وارد بر دیواره تغییر میکند. در نواحی گشادشده نیز ممکن است جریان خون کندتر یا آشفتهتر شود. این تغییرات میتوانند باعث التهاب، آسیب سلولی یا پیشرفت بیماری شوند. بنابراین، این چیپ یک ابزار ارزشمند برای مشاهده و تحلیل فرایندهایی است که در بدن واقعی بهسختی قابل بررسیاند.
یکی دیگر از کاربردهای مهم این فناوری، آزمایش داروهای جدید است. بسیاری از داروها در مدلهای ساده آزمایشگاهی نتایج امیدوارکنندهای نشان میدهند، اما وقتی وارد مراحل پیشرفتهتر میشوند، عملکرد آنها بهخوبی پیشبینی نمیشود. دلیل این مسئله آن است که مدلهای اولیه همیشه شرایط واقعی بدن را بازسازی نمیکنند. اما چیپهای رگدار زنده میتوانند محیطی طبیعیتر برای بررسی اثر داروها فراهم کنند. با استفاده از این سیستم، دانشمندان میتوانند ببینند یک دارو چگونه بر سلولهای دیواره رگ، جریان خون و روند بیماری اثر میگذارد.
این فناوری همچنین میتواند به کاهش وابستگی به آزمایشهای حیوانی کمک کند. هرچه مدلهای آزمایشگاهی انسانیتر و دقیقتر شوند، نیاز به استفاده از حیوانات در مراحل ابتدایی پژوهش کمتر میشود. علاوه بر این، در آینده میتوان از سلولهای خود بیمار برای ساخت چنین چیپهایی استفاده کرد و واکنش بدن او به داروهای مختلف را بهصورت شخصیسازیشده بررسی کرد. این موضوع میتواند مسیر پزشکی دقیق و درمانهای اختصاصی را هموارتر کند.
در مجموع، ساخت رگهای خونی زنده روی چیپ یک پیشرفت مهم در حوزه مهندسی زیستی، پزشکی بازساختی و مدلسازی بیماریهاست. این چیپها به دانشمندان کمک میکنند تا بهجای مطالعه رگها در مدلهای ساده و غیرواقعی، رفتار آنها را در محیطی زنده، پویا و شبیهتر به بدن انسان بررسی کنند. چنین فناوریهایی میتوانند در آینده نقش بزرگی در شناخت بهتر بیماریهای عروقی، توسعه داروهای مؤثرتر و طراحی درمانهای ایمنتر داشته باشند.
نویسنده: ویدا فتح الله زاده
