ساخت عضلات انسانی مصنوعی

یک مطالعه‌ی جدید گزارش می‌دهد که دانشمندان، عضلات انسانی مصنوعی کوچکی ساخته‌اند که منقبض می‌شوند و به محرک‌های عصبی و الکتریکی پاسخ می‌دهند؛ درست مانند عضلات واقعی. فقط یک تفاوت وجود دارد: فیبرهای عضلانی عملکردی از سلول‌های پوست ساخته شده‌اند، نه سلول‌های عضله.

قبلا دانشمندان توانسته بودند سلول‌های عضلانی را از سایر انواع سلول‌ها بسازند، با این حال هیچ کس تاکنون موفق به ساخت فیبرهای عضلانی عملکردی از چیزی به غیر از سلول‌های عضلانی نشده است (فیبرهای عضلانی، گروه‌هایی از سلول‌های عضلانی هستند).

در این مطالعه، محققان با جمع‌آوری سلول‌ها از نمونه‌های پوست انسان کارشان را شروع کردند. آنها از یک تکنیک شناخته‌شده برای تبدیل این سلول‌ها به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی – سلول‌هایی که می‌توانند به هر نوع سلول انسانی تبدیل شوند – استفاده کردند. سپس با استفاده از روش جدیدی که خودشان ابداع کرده بودند، توانستند این سلول‌های بنیادی پرتوان را به سلول‌های بنیادی عضلانی که myogenic progenitors نامیده می‌شوند، تبدیل کنند.

پروفسور نناد بروساک، نویسنده‌ی ارشد این مطالعه و استاد مهندسی پزشکی در دانشگاه دوک در کارولینای شمالی می‌گوید:‌ «ما این سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ساخته‌شده از فرد را بر می‌داریم و سپس با تزریق پروتئینی به نام Pax7 به آنها که سلول‌ها علامت می‌دهد به سلول‌ها عضلانی تبدیل شوند، آنها را به سلول‌های عضلانی تبدیل می‌کنیم. حدود ۳ هفته طول می‌کشد تا آنها دوباره برنامه‌ریزی شوند.»

محققان می‌توانند فقط با استفاده از یک سلول بنیادی پرتوان گرفته‌شده از یک اهداکننده، هزاران سلول بنیادی عضلانی تولید کنند. دلیلش این است که وقتی این سلول‌ها به سلول‌های بنیادی عضلانی تبدیل می‌شوند، می‌توانند به سرعت تکثیر شوند.

هنگامی که دانشمندان، به تعداد کافی سلول بنیادی عضلانی در اختیار داشتند، آنها پروتئین Pax7 را غیرفعال کردند. سپس سلول‌های عضلانی در یک محیط کشت میکروب سه‌بعدی قرار داده شدند که حاوی مواد مغذی و فاکتورهای رشد مختلف بود که سلول‌ها را تحریک می‌کرد به فیبرهای عضلانی تبدیل شوند.

بعد از ۲ هفته‌ی دیگر، بخش‌هایی از بافت عضلانی تا ۲ سانتی‌متر طول و تقریبا ۲۱ میلی‌متر قطر در این محلول تشکیل شدند.

سپس آزمایشات شروع شد. او می‌گوید: «ما می‌توانیم این سلول‌های عضلانی را تحت تمام تست‌های فیزیولوژیک کلاسیک قرار دهیم که می‌توان آنها را روی حیوانات یا انسان‌ها انجام داد.»

تیم بورساک در این مطالعه، پیشرفت قابل‌توجهی نسبت به آنچه ۳ سال قبل به آن دست یافته بود، داشتند؛ یعنی وقتی که اولین تیم تحقیقاتی در جهان بودند که فیبرهای سلولی انسانی عملکردی را از سلول‌های گرفته‌شده از بیوپسی عضلات ساختند. اما بورساک می‌گوید که در مقایسه با نمونه های قبلی، فیبرهای ساخته‌شده از سلول‌های پوست به مراتب ضعیف‌تر هستند.

این چیزی است که تیم او می‌خواهد در تحقیقات آتی به آن بپردازد.

چه کسانی به عضلات جدید نیاز دارند؟

این پیشرفت می‌تواند توانایی محققان برای مطالعه‌ی بیماری‌های عضلانی ژنتیکی مانند دیستروفی عضلانی دوشن را که از هر ۳۶۰۰ نوزاد پسر در جهان، یکی را درگیر می‌کند، به طرز قابل‌توجهی بهبود ببخشد. افراد مبتلا به دیستروفی عضلانی دوشن از حدود ۴ سالگی دچار ضعف عضلانی می‌شوند. این وضعیت به سرعت پیشرفت می‌کند و تا ۱۲ سالگی، بیماران توانایی راه رفتن را ازدست می‌دهند و براساس تخمین‌های موجود، اکثر آنها تا ۲۶ سالگی فوت می‌کنند.

بورساک می‌گوید:‌« در بیماری‌های ژنتیکی در اطفال، عضلات قبلا آسیب دیده‌اند و بنابراین نمونه‌برداری از آنها برایشان خوب نیست. این روش به ما امکان می‌دهد نمونه های عضلانی را از پوست یا خون آنها تولید کنیم.»

از آنجا که فیبرهای تولیدشده توسط محققان در این مطالعه کاملا عملکردی هستند، محققان حالا می‌توانند بررسی کنند که آنها چگونه به درمان‌های مختلف پاسخ می‌دهند.

او می‌گوید:‌« با توانایی ساخت عضلات عملکردی، ما واقعا می‌توانیم پارامترهای مختلف را مطالعه کنیم و ببینیم که آیا درمان‌های خاص می‌توانند به بهبود در قدرت و انقباض عضلانی منجر شوند یا نه. ما امیدواریم که این تحقیقات بتواند نتایج بهتری نسبت به تحقیقات حیوانی داشته باشد.»

بوراک خاطرنشان می‌کند که برخی داروهایی که روی موش‌ها عمل می‌کنند، می‌توانند برای انسان‌ها سمی باشند. بنابراین داشتن چنین فیبرهای عضلانی انسانی مصنوعی، توسعه‌ی درمان‌های مطمئن جدید را ساده می‌کند.

او می‌افزاید با این حال، فیبرهای عضلانی که محققان در آزمایشگاه رشد دادند، کاملا کوچک بودند. اندازه‌ی فیبرهای عضلانی که می‌توانند رشد داده شوند، در حال حاضر محدود است، چون مهندسان زیستی قادر نیستند رگ‌هایی با طول کافی برای پشتیبانی از نمونه های بزرگ‌تر از ۱ یا ۲ سانتی‌متر بسازند. و می توان گفت که این یک معضل در زمینه‌ی مهندسی زیستی است.

او امیدوار است که این تکنیک احتمالا بتواند در آینده برای طراحی مجدد سلول‌های آسیب‌دیده‌ی بیمار به سلول‌های سالم به کار رود و از فیبرهای عضلانی حاصل برای بهبود کیفیت زندگی بیمار استفاده کند.

او می‌گوید:‌«به خاطر محدودیت سایزی که با آن مواجه هستیم، نمی‌توانیم از این روش برای درمان آسیب‌های عضلانی بزرگ استفاده کنیم. اما اگر یک آسیب موضعی وجود داشته باشد – به ویژه در عضلات خاص – آن گاه برنامه‌های مهندسی بافتی مانند این یکی می‌توانند برای ترمیم موضعی عضله بکار روند.»

سایت پزشکی و مجله سلامتی راستینه