غربال داروها با استفاده از ابزارهای قلب روی یک تراشه

محققان با قرار دادن سلول‌های عضله‌ قلب بر روی یک تراشه، ابزاری را ساختند که با استفاده از آن می‌توان اثرات دارویی و ایمنی داروهای جدید را بررسی کرد. با استفاده از این تراشه‌ها، دیگر نیازی به استفاده از مدل‌های حیوانی که اکثراً با خطاهای بسیاری همراه می‌باشند، نخواهد بود.

هنگامی که زیست مهندسان دانشگاه برکلی می‌گویند که آنها قلب هایشان را در کف دست خود قرار داده‌اند، باید بدانیم که آنها درمورد مسائل عاطفی صحبت نمی‌کنند. محققان دانشگاه برکلی تراشه‌ای طراحی کردند که از بافت قلب انسان استخراج شده و از سلول‌های بنیادی بالغ میزبانی می‌کنند. این ابزار جدید، قلب بر روی تراشه نامیده می‌شود. این سیستم را می‌توان در آینده جایگزین سلول‌های حیوانی کرد و از این سیستم‌ها برای غربال دارویی استفاده کرد.

تیم تحقیقاتی تحت هدایت پروفسور هِلی موفق به تولید یک ابزار سیلیکونی یک اینچی شدند که سلول‌های عضله قلب را میزبانی می‌کنند. این محققان با آزمایش کردن این ابزار با داروهای قلبی و عروقی قابلیت ایمنی این سیستم را به عنوان یک ابزار غربال دارویی اثبات کردند. نتایج این تحقیق در مجله‌ Scientific Report چاپ شده است. طراحی این تراشه، یک حرکت رو به جلو برای توسعه روش‌های دقیق و سریعتر تست سمیت دارویی است.

هلی می‌گوید: «سرانجام، این تراشه‌ها می‌توانند جایگزین استفاده از حیوانات برای غربال کردن داروها و بررسی ایمنی و کارآمدی آنها شوند.»

شایان ذکر است که استفاده از مدل‌های حیوانی برای پیش‌بینی واکنش‌های انسان در برابر داروهای جدید همواره نرخ شکست بالایی دارند که اکثر آنها به دلیل تفاوت‌های اساسی در زیست‌شناسی بین این گونه‌ها (انسان و حیوان) است. بعنوان مثال کانال‌های یونی که از طریق آنها سلول‌های قلب جریان‌های الکتریکی را هدایت می‌کند، هم از لحاظ نوع و هم از لحاظ تعداد در انسان و دیگر حیوانات تفاوت دارند.

آقای هلی تشریح می‌کند: « بسیاری از داروهای قلبی و عروقی این کانال‌ها را شناسایی می‌کنند، بنابراین این تفاوت‌ها اغلب منجر به آزمایشات غیرکارآمد و گران قیمت می‌شوند که جواب دقیقی درباره‌ سمیت یک دارو در انسان ارائه نمی‌کند.»

به صورت میانگین در حدود پنج میلیارد دلار برای توسعه یک دارو هزینه می‌شود که 60 درصد این مقدار مربوط به بخش تحقیقات و توسعه است. با استفاده از یک مدل طراحی شده مناسب از یک ارگان انسانی بطور قابل ملاحظه‌ای می‌توان هزینه و زمان مورد نیاز برای تولید و معرفی داروی جدید به بازار را کاهش داد.

این محققان از سلول‌های بنیادی بالغی استفاده کردند که می‌توانند به انواع مختلف بافت‌ها تبدیل شوند. آنها سیستم قلب برروی تراشه‌ خود را به گونه‌ای طراحی کردند که ساختار سه‌ بعدی آن قابل مقایسه با هندسه و اندازه الیاف بافت پیوندی یک قلب انسان باشد. در ادامه آنها سلول‌های قلب انسانی را در محل مشخص شده اضافه کردند. هندسه محدود شده (مشخص شده) سیستم کمک می‌کند تا سلول‌ها در لایه‌های چندتایی و در یک جهت مشخص درکنار همدیگر قرار گیرند. کانال‌های میکروسیالی طراحی شده در دو طرف محوطه قرارگیری سلول‌ها به عنوان رگ‌های خونی عمل می‌کنند و کار تبادل مواد مغذی و داروها با بافت انسانی را انجام می‌دهند.

همچنین در آینده از این سیستم می‌توان برای رصد و ردیابی حذف محصولات زاید متابولیکی از درون سلول‌ها استفاده کرد. آقای ماتور نویسنده مسؤول مقاله می‌گوید: «این سیستم یک محیط کشت معمولی استاتیک نیست، بلکه این سیستم را به گونه‌ای طراحی کرده‌ایم که به صورت پویا و دینامیک باشد. این سیستم بطور واقعی نشان می‌دهد که چگونه بافت در بدن ما در معرض داروها و مواد مغذی قرار می‌گیرد. »