مدل سازی بیماری قلبی با فناوری اندام بر روی تراشه

اخیراً پژوهشگران دستگاه جدیدی برای مدل سازی بیماری تصلب شرایین(انقباض عروق خونی که عامل اصلی حملات قلبی و سکته مغزی است) را ساختند. پژوهشگران در مقاله ای که در نشریهAPL Bioengineering انتشار یافته است نشان دادند که چگونه می توان از دستگاه‌های جدید برای مطالعه پاسخ‌های التهابی مهم در سلول‌های عروقی که در مدل‌های حیوانی قابل انجام نیستند، به کار ببرند. آن‌ها همچنین توضیح دادند که چگونه اندام قلب بر روی تراشه می‌تواند آزمایش‌های خونی را برای بیماران بهبود بخشد.
تصلب شرایین، بیماری بسیار مهم و پیچیده‌ای است و هنگامی گسترش می‌یابد که چربی، کلسترول و سایر مواد موجود در خون، پلاک‌هایی را ایجاد کنند که روی دیواره درونی عروق تجمع یابند و این انقباض عروق خونی باعث ایجاد بیماری‌های قلبی و عروقی می‌شود.
درک تنظیم انقباض غیرطبیعی عروق برای مطالعه و درمان بیماری‌های عروقی و پیشگیری از ایست قلبی بسیار مهم است. در حالی‌که پژوهشگران قبلا مدل های اندام بر روی تراشه از عروق خونی را توسعه داده اند، این دستگاه‌ها بیشتر بر بازسازی پیچیدگی زیستی عروق نسبت به شکل و هندسه آن‌ها، که عوامل کلیدی در بیماری تصلب شرایین هستند، متمرکز هستند و این نه تنها جنبه زیستی اختلال عملکرد اندوتلیال است، بلکه بیومکانیک جریان خون نیز مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

برای ثبت جریان خون، پژوهشگران دستگاهی بر روی تراشه به اندازه یک اینچ مربعی ساخته اند که شامل دو اتاقک مجزاست که توسط غشایی پلیمری نازک و انعطاف پذیر جدا شده است. اتاقک پایین دارای هواست در حالی که اتاقک بالایی آن حاوی مایعی روان مشابه خواص مکانیکی خون است.
پژوهشگران درون اتاقک پر شده از مایع در بالای غشاء، سلول‌های اندوتلیال را رشد دادند (سلول‌هایی که درون عروق خونی قرار می گیرند.) پژوهشگران هوا را به داخل اتاقک پایین پمپ می‌کنند، بنابراین غشاء مانند بادکنکی، کشیده می‌شود و حبابی را تشکیل می‌دهد که جریان سیالات را مسدود می‌کند. این فرایند باریکه ای از عروق را شبیه سازی می‌کند.

اتاقک پر شده از مایع، باعث می‌شود سیال در بعضی مناطق سریعتر و در مناطق دیگر کندتر جریان یابد. هنگامی که پژوهشگران سلول‌های تحت جریان مداوم و آهسته را رشد دادند، سلول‌های اندوتلیال قادر به رشد و بیان پروتئینی به نام ICAM-1 شدند؛ این پروتئین با التهاب همراه است و در توسعه تصلب شرایین مهم است.
پژوهشگران دریافتند وقتی که سلول‌ها با خون انسانی کشت می‌شدند، سلول‌های ایمنی بیشتری به نام مونوسیت‌ها به سلول‌های اندوتلیال در مناطق کم جریان متصل می‌شوند. مونوسیت ها عمدتاً مسئول انباشت چربی‌ها هستند، که در نهایت به پلاک‌هایی که باعث تصلب شرایین می‌شوند، گسترش می‌یابند.
این نتایج در تراشه مطابق با تصویر گرفته شده از این بیماری است: اختلال جریان خون در عروق خونی منقبض شده موجب التهاب عروقی می‌شود که باعث جذب مونوسیت‌ها برای کمک به ایجاد پلاک می‌شود.
مدل جدید می‌تواند با دقت تصلب شرایین را شبیه‌سازی کند، زیرا پژوهشگر می تواند با کنترل فشار هوا دقیقا میزان انقباض را شبیه سازی کند. این دستگاه به طور بالقوه می‌تواند به پژوهشگران برای شناخت بهتر تصلب شرایین و ایجاد درمان‌های جدید کمک کننده باشد و امید زیادی از لحاظ تشخیصی به این دستگاه است.
به عنوان آزمایش اثبات‌گر، پژوهشگران خون خود را باTNF-α که یک علامت التهاب است، به دستگاه خود پمپاژ کردند. خون ملتهب شده باعث اتصال سلول‌های ایمنی بیشتری به سلول های اندوتلیال نسبت به حالت طبیعی شد. اندازه گیری تعداد سلول‌های ایمنی متصل شده، می‌تواند سطح التهاب در خون را که علامت آترواسکلروز اولیه است را نشان دهد. در مقایسه با آزمایش‌های دیگر که سلول‌های ایمنی بدن را در گردش خون شمارش می‌کنند، این روش می‌تواند ارزیابی دقیق‌تری به پاسخ اولیه سیستم ایمنی در بیماران داشته باشد.