به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یکی از موانع حل نشده متعدد در زمینه تحقیقات قلب و عروق، وجود یک مدل قلبی in vitro بی‌عیب و نقص است. در حالی که منابع اولیه سلولی از مدل‌های حیوانی هم مزایا و هم معایبی را ارائه می‌دهند، تلاش‌های نیم قرن گذشته با هدف کاهش استفاده از آن‌ها بوده است. علاوه بر این، به دست آوردن مقدار کافی از کاردیومیوسیت‌های اولیه انسانی با چالش‌های اخلاقی و قانونی روبرو است. از آنجایی که منبع عملاً نامحدود کاردیومیوسیت‌های انسانی از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (hiPSC-CM) اکنون عمدتاً حل شده است، تلاش‌های زیادی برای بهبود کیفیت و قابلیت کاربردی آن‌ها با غلبه بر محدودیت‌های ذاتی آن‌ها انجام می‌شود. بزرگترین نقطه ضعف در این زمینه، پیری in vitro hiPSC-CMs برای رسیدن به وضعیت بلوغ نزدیک به قلب بالغ است، که امکان روندهای مناسب‌تر توسعه دارو را فراهم می‌کند، زیرا ارتباط روشنی بین پیری و توسعه بیماری‌های قلبی عروقی وجود دارد. در اینجا، وضعیت فعلی تکنیک‌های پیشرفته در واقع‌گرایانه‌ترین مدل‌های قلب مورد استفاده در مدل‌سازی بیماری و ارزیابی سمیت، از بلوغ hiPSC-CM طی پلتفرم‌های قلب روی یک تراشه تا مدل‌های in vitro برخی بیماری‌های قلبی عروقی مرور می‌شود.
پتانسیل hiPSC-CMs و مسائل اساسی با بلوغ 
برنامه ریزی مجدد سلول‌های سوماتیک به حالت پرتوان، یک کشف انقلابی بود که منجر به تولید سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs) شد. پرتوانی hiPSCs امکان ایجاد عملاً هر نوع سلولی بدن انسان را از طریق پروتکل‌های تمایز هدایت شده ارائه می‌دهد. به زودی پس از ایجاد hiPSCs، اولین نتایج در مورد تولید hiPSC-CMs منتشر شد. تکنولوژی iPSC و علاوه بر این، کاربردهای ممکن مدل‌های قلب بنیادی انسان انتظار می‌رود که زمینه و طب بازساختی را انقلاب و تغییر دهند. مدل‌های قلب در تحقیق و غربالگری دارو از مزایای کاردیومیوسیت‌های انسانی (CMs) نامحدود بدون بحث‌های اخلاقی در مورد کاربرد سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) یا بدون چالش‌های ترجمه‌ای مدل‌های حیوانی استفاده می‌کنند.
کاردیوتوکسیسیتی in Vitro
ایمنی قلبی مهم‌ترین نگرانی مرتبط با توسعه دارو در طی آزمایشات بالینی و پس از عرضه به بازار است. داروهای متعددی به دلیل کاردیوتوکسیسیتی از بازار حذف شده‌اند، اگرچه لیست گسترده‌تری از داروها معروف است که عوارض قلبی را ایجاد می‌کنند. داروهای ضد سرطان، عوامل مربوط به سیستم عصبی مرکزی، عوامل سیستم تناسلی ادراری و عوامل ضد التهابی، ضد عفونی و قلبی عروقی شایع‌ترین عوامل برای ایجاد کاردیوتوکسیسیتی هستند. مکانیسم‌های مختلفی برای کاردیوتوکسیسیتی القاء شده توسط دارو وجود دارد، از جمله آریتمی، اختلال عملکرد میتوکندری، آپوپتوز، تغییر سیگنالینگ فاکتور رشد یا استرس اکسیداتیو. ارتباط بین مدل‌های حیوانی و فیزیولوژی قلب انسان اغلب پیچیده است به دلیل تفاوت‌های قابل توجه در ضربان قلب (موش‌ها و موش صحرایی ضربان قلبی 6 تا 10 برابر بالاتر از انسان دارند) و توانایی افزایش ضربان قلب و به دلیل تفاوت‌ها در جریآن‌های یونی اصلی. با این حال، مدل‌های غیر جونده (خرگوش، خوکچه هندی، سگ و میمون‌های غیر انسانی) 90 درصد شانس پیش بینی تغییرات فاصله QT در انسان را دارند.
داربست‌ها در کاربردهای قلبی
زمینه مهندسی بافت قلب در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است و تمرکز آن بر توسعه داربست‌هایی است که بلوغ سلول‌های قلبی را تقویت می‌کنند. این بخش به توسعه‌های اخیر مرتبط با داربست‌های 2D و 3D می‌پردازد. ساخت داربست‌های 2D شامل تولید یک بستر پایدار و نرم با سطحی صاف برای رشد و اتصال سلول است. چندین تکنیک به طور معمول برای ساخت داربست‌های 2D استفاده می‌شود. لیتوگرافی نرم از مواد الاستومری برای ایجاد الگوهای 2D بر روی یک بستر استفاده می‌کند، در حالی که میکروالگوگذاری شامل ایجاد الگوها یا هندسه‌های خاص با استفاده از لیتوگرافی نوری، چاپ میکروکنتاکت یا میکروفلوئیدیک است. مونتاژ لایه به لایه و تکنیک‌های مختلف رسوب‌گذاری و ریخته‌گری نیز برای ساخت داربست‌های 2D به کار گرفته می‌شوند. الکترواسپینینگ یک تکنیک همه کاره است که شامل ایجاد نانوالیاف با استفاده از یک میدان الکتریکی است. به دست آوردن الیاف تراز شده با استفاده از جمع کننده‌های چرخشی اغلب رویکرد ترجیحی است. در حقیقت، داربست‌های الیاف تراز شده مزایایی را برای کاربردهای مهندسی بافت، از جمله مهندسی بافت قلبی، ارائه می‌دهند، زیرا ساختار تراز شده بافت‌های بومی، مانند در میوکارد، را تقلید می‌کنند، رشد هدفمند سلول را ترویج می‌دهند و به بلوغ عملکردی سلول‌ها کمک می‌کنند. تراز CM را همچنین می‌توان با استفاده از تکنیک‌های میکروالگوگذاری برای ترویج چسبندگی سلول در طول مسیرهای هندسی کنترل کرد.
پلتفرم‌های قلب روی یک تراشه (HOC)
HOC یک دستگاه میکروفلوئیدیک است که قادر به تقلید از شرایط فیزیولوژیکی پیچیده بافت قلب بومی و ارائه سیگنال‌های الکتریکی، مکانیکی و/یا بیوشیمیایی در یک محیط کنترل شده است. محرک‌های مکانیکی (نیروهای کششی و تنش برشی سیال)، بیوشیمیایی (مانند فاکتور رشد اندوتلیال عروقی و فاکتور رشد فیبروبلاست) و الکتریکی بر تمایز، تراز و رفتار فیزیولوژیکی سلول تأثیر می‌گذارند. نفوذ محیط کشت سلولی، یعنی تنش برشی سیال، به طور گسترده در دستگاه‌های HOC با هدف ارزیابی پاسخ‌های دارویی به کار گرفته می‌شود. به عنوان مثال، محققان کره‌های قلبی شکل گرفته توسط hiPSC-CMs را به یک کانال دستگاه میکروفلوئیدیک پوشیده شده با لامینین برای ارزیابی سمیت دارویی متصل کردند.
با ظهور تکنولوژی hiPSC-CM و مدل‌های مهندسی بافت، تنظیماتی شبیه به بافت‌های بومی ممکن است بهترین جهت در غربالگری دارو و مدل‌سازی بیماری باشد. با این حال، محدودیت‌های قابل توجهی در این زمینه وجود دارد که ابتدا باید برای تبدیل آن به یک ابزار قابل اعتماد برطرف شود. بارزترین نقص این سلول‌ها و مدل‌ها، وضعیت بلوغ ناکافی آن‌ها است. با وجود این، مطالعات متعددی نشان دادند که این سلول‌های انسانی نسبت به اکثر مدل‌های حیوانی برتر هستند و می‌توانند مزایای متعددی را نسبت به سلول‌های اولیه انسانی ارائه دهند. مهم‌تر از همه، انتظار می‌رود که استفاده از این سلول‌ها رعایت اصول 3R (جایگزینی، کاهش و تکمیل) را در استفاده از حیوانات در تحقیقات بهبود بخشد. مجموعه داده در حال رشد که از hiPSC-CMs جمع‌آوری شده است به عنوان بستر برای مدل‌سازی in silico گسترده عمل می‌کند که می‌تواند الگوها و بیومارکرهای خاص مرتبط با CVDs را شناسایی کند و همچنین می‌تواند تغییرات القاء شده توسط دارو را پیش‌بینی کند. در بالای آن، شبیه‌سازی‌ها و مدل‌های محاسباتی ممکن است اهداف تشخیصی، چه با تشخیص زودتر یا با پیگیری ساده‌تر و دقیق‌تر بیماران، را ترویج دهند.
پایان مطلب/