پرینت زیستی شبه اندام کلیه؛ تحولی در مطالعات سمیت دارو و درمان
تمایز سلول‌های بنیادی پرتوان به شبه اندام‌های کلیه (Kidney organoids)، دریچه‌ای نو به سوی غربالگری دارو، مدل‌سازی بیماری‌ها و تولید بافت‌های جایگزین گشوده است. با این حال، روش‌های تولید دستی با چالش‌های بزرگی روبرو هستند. تغییرپذیری زیاد، عدم بلوغ کامل نفرون‌ها و مقیاس تولید محدود، استفاده گسترده از این شبه اندام‌ها را دشوار کرده است.
شبه اندام کلیه
جهش تکنولوژیک: پرینت زیستی مبتنی بر اکستروژن
تیمی از محققان استرالیایی برای غلبه بر این محدودیت‌ها، از تکنیک پرینت زیستی سه‌بعدی اکستروژن استفاده کردند. این پژوهش که در ژورنال معتبر Nature Materials منتشر شده است، روشی سریع برای تولید انبوه شبه اندام‌های کلیه با زنده‌مانی بالا ارائه می‌دهد. محققان به جای تولید دستی، فرآیند چاپ و مصرف کیت مهندسی بافت را در پلیت‌های ۶ و ۹۶ خانه‌ای بهینه‌سازی کردند. این روش به تیم اجازه داد تا در مدت‌زمان کوتاه ۱۰ دقیقه، تقریباً ۲۰۰ شبه اندام کلیه با عملکرد بسیار بالا تولید کنند.
مزایا و قابلیت‌های روش جدید
این فناوری کنترل دقیقی روی پارامترهای فیزیکی بافت فراهم می‌کند. دستاوردهای کلیدی این تحقیق شامل موارد زیر است:
- دقت بالا: کنترل کامل بر سایز، تعداد سلول و ساختار داخلی شبه اندام‌ها.
- بهبود عملکرد: اصلاح ساختار بافت منجر به افزایش بازدهی نفرون‌ها نسبت به تعداد سلول‌های اولیه می‌شود.
- تولید یکنواخت: ایجاد صفحات بافت کلیوی با الگوهای منظم و بخش‌های لوله‌ای شکل (Tubular).
کاربرد در تست سمیت دارویی
یکی از مهم‌ترین بخش‌های این پژوهش، بررسی سمیت آمینوگلایکوزیدها بود. آسیب کلیوی یکی از عوارض جانبی جدی داروهاست که پیش‌بینی آن در آزمایش‌های حیوانی بسیار دشوار است. پروفسور ملیسا لیتل، از مؤسسه تحقیقات کودکان مورداک، معتقد است پرینت زیستی کلیه‌های انسانی رویکردی عملی و دقیق برای آزمایش سمیت داروها پیش از ورود به مرحله بالینی است. این تیم امیدوار است دستاورد آن‌ها مهندسی زیستی بافت‌های کلیوی را به واقعیت نزدیک‌تر کند.
بررسی پروتکل ساخت (تصویر ۱)
در تصویر ۱، تفاوت‌های روش دستی و پرینت زیستی به‌خوبی مشهود است:
- (a): مقایسه سرعت تولید و تعداد سلول‌ها؛ روش پرینت زیستی با استفاده از فاکتورهای رشد (مانند CHIR و FGF9) فرآیند تولید انبوه را تسریع می‌کند.
- (b): تصاویر میکروسکوپ نوری نشان‌دهنده شکل‌گیری خودبه‌خودی نفرون‌ها در طول زمان درون توده‌های سلولی چاپ‌شده است.
منبع
Lawlor, K. T., et al. (2020). Cellular extrusion bioprinting improves kidney organoid reproducibility and conformation. Nature Materials. doi: 10.1038/s41563-020-00853-9.