به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ارگانوئیدها اندام‌های کوچکی هستند که در آزمایشگاه رشد می‌کنند و مشابه اندام واقعی عمل می‌کنند. گروهی از پژوهشگران در گروه ارگانوئید موسسه هوبریشت روشی جدید برای رشد ارگانوئیدها توسعه داده‌اند. پژوهشگران توانسته‌اند از پروتئین اینوزین، یک پروتئین تولید شده توسط باکتری‌ها، برای رشد ارگانوئیدها استفاده کنند. این مطالعه که در تاریخ 30 دسامبر در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، نشان می‌دهد که اینوزین یک جایگزین پایدار، مقرون به صرفه و بدون استفاده از حیوانات برای روش‌های فعلی است.

بکارگیری هیدروژل‌های سنتتیک  و طبیعی در ایجاد ارگانوئید

سلول‌های اپیتلیال در بدن برای ایجاد قطبیت آپیکال-بازال صحیح و جلوگیری از آنیکیس (مرگ سلولی ناشی از جدایی از ماتریکس خارج‌سلولی) به تعامل نزدیک با لامینای بازال نیاز دارند. لامینای بازال از مولکول‌های مختلف ماتریکس خارج‌سلولی (ECM) تشکیل شده است، از جمله کلاژن‌ها، پروتئین‌های حاوی آرژنین-گلیسین-آسپارژین (RGD) و لامینین‌ها مولکول‌های لامینین بزرگ (800 تا 900 کیلو دالتون) و مولتی‌مرهایی هستند که از زنجیره‌های α، β و γ تشکیل شده‌اند. سلول‌های اپیتلیال از طریق ترکیب‌های مختلف گیرنده‌های اینتگرین αβ-هترودیمر موجود در سطح بازال با اجزای ماتریکس خارج‌سلولی تعامل می‌کنند. زنجیره‌های α به‌طور خاص با اجزای ماتریکس خارج‌سلولی تعامل دارند، در حالی که زنجیره β مشترک سیگنال‌های پایین‌دست را منتقل می‌کند که نظم مجدد سیتواسکلت اکتیین، قطبیت و بقای سلولی را کنترل می‌کند. ما پیش‌تر نشان داده‌ایم که افزودن یک ترکیب از فاکتورهای رشد که مشابه محیط زیستی است به سلول‌های بنیادی اپیتلیالی روده‌ای منفرد که در ماتری‌ژل/BME قرار گرفته‌اند، به گسترش بلندمدت ارگانوئیدها اجازه می‌دهد که بسیاری از ویژگی‌های ساختاری و عملکردی بافت اصلی را حفظ کنند. امروزه، بیشتر اپیتلیوم‌های اولیه می‌توانند تحت چنین شرایط 3D تعریف‌شده‌ای رشد کنند. بسیاری از مطالعات پیشنهاداتی برای جایگزینی ماتری‌ژل/BME ارائه داده‌اند. با این حال، اغلب این هیدروژل‌ها فاقد مولکول سیگنال‌دهی کلیدی (لامینین) هستند که در ماتری‌ژل/BME موجود است تا تمام پتانسیل آن برای حمایت از رشد ارگانوئید را فراهم کند. به نظر می‌رسد که بتوان به طور منصفانه گفت که تا به امروز ماده‌ای که کاملاً جایگزین ماتری‌ژل/BME شود، توصیف نشده است. در اینجا، ما بررسی می‌کنیم که آیا پروتئین‌های فعال‌کننده اینتگرین باکتریایی می‌توانند به عنوان جایگزین‌هایی برای ماتری‌ژل/BME عمل کنند یا خیر.

استفاده از عصاره‌های غشای پایه برای رشد ارگانوئیدها

ارگانوئیدها ساختارهای کوچکی هستند که در آزمایشگاه رشد می‌کنند و شبیه به اندام‌های واقعی عمل می‌کنند. از ارگانوئیدها برای درک نحوه عملکرد اندام‌ها، چگونگی توسعه بیماری‌ها و آزمایش داروهای جدید استفاده می‌شود. برای رشد ارگانوئیدها، سلول‌ها نیاز به محیطی مشابه با ماتریکس خارج‌سلولی در بدن دارند. این ماتریکس شبکه‌ای از پروتئین‌ها مانند کلاژن است که از سلول‌ها پشتیبانی کرده و به بافت‌ها ساختار می‌دهد. می‌توان این را با نیاز به داربست برای ساخت یک ساختمان مقایسه کرد. در حال حاضر، پژوهشگران از عصاره‌های غشای پایه، نوع خاصی از ماتریکس خارج‌سلولی، برای کشت ارگانوئیدها استفاده می‌کنند. اگرچه این عصاره‌ها مانند ماتری‌ژل و BME مؤثر هستند، اما از تومورهای موش گرفته می‌شوند، گران هستند و ترکیب دقیق آنها مشخص نیست. به همین دلیل پژوهشگران به دنبال یک جایگزین مقرون به صرفه، استاندارد و بدون استفاده از حیوانات بوده‌اند.

یک باکتری راه‌حل جدید رشد را ارائه می‌دهد

در جستجوی راه‌حل، تیم تحقیقاتی به یک جایگزین غیرمنتظره روی آورد: یک پروتئین باکتریایی. به طور خاص، آنها روی باکتری Yersinia تمرکز کردند که در روده یافت می‌شود. باکتری‌های Yersinia از یک پروتئین غشایی به نام اینوزین برای چسبیدن به سلول‌های انسانی استفاده می‌کنند—یک ترفند هوشمندانه که پژوهشگران تصمیم گرفتند آن را دوباره استفاده کنند. ما شروع به تفکر خارج از چارچوب کردیم و سعی کردیم چیزی کاملاً متفاوت را امتحان کنیم. اینوزین پروتئین‌های خاصی را بر روی سطح سلول‌های روده فعال می‌کند که به عنوان ایستگاه‌های کوچک اتصالی عمل کرده و به سلول‌ها اجازه می‌دهند به یکدیگر متصل شده و رشد کنند. پژوهشگران بخش قدرتمندی از پروتئین اینوزین را جداسازی و اصلاح کردند تا آزمایش کنند که آیا این قطعه می‌تواند همان عملکردهای پروتئین‌های موجود در ماتری‌ژل/BME را تقلید کند.

رشد ارگانوئیدها با استفاده از اینوزین

در مطالعه کنونی، پژوهشگران صفحات کشت را با پروتئین اصلاح شده اینوزین پوشاندند و نشان دادند که این کار به آنها اجازه می‌دهد ارگانوئیدها را کشت کنند. انعطاف‌پذیری این پوشش اینوزین شگفت‌انگیز است. "ما توانستیم ارگانوئیدها را از سلول‌های روده و مجاری هوایی انسانی، سلول‌های روده موش و حتی سلول‌های غده زهر مار رشد داده و نگهداری کنیم"، ویناکر توضیح می‌دهد. سلول‌ها توانستند قابلیت تبدیل شدن به انواع خاصی از سلول‌ها را حفظ کنند. بنابراین، ارگانوئیدها شبیه به اندام اصلی با تنوع انواع سلولی خود هستند. این برای مطالعه دقیق چگونگی توسعه، بازسازی و پاسخ اندام‌ها به داروها ضروری است.

چرا 2D جدیدتر از 3D است

استفاده از پوشش اینوزین برای رشد ارگانوئیدها مزیت دیگری دارد. ارگانوئیدها معمولاً در ساختارهای 3D رشد می‌کنند، در حالی که در یک ژل مانند ماتری‌ژل/BME قرار می‌گیرند. این می‌تواند باعث سختی در مطالعه آنها شود. این مانند تلاش برای تحلیل یک زغال‌اخته در حالی است که در ژله‌ای قرار گرفته است—شما به راحتی نمی‌توانید به آن دسترسی پیدا کنید. با استفاده از پوشش اینوزین، پژوهشگران می‌توانند ارگانوئیدها را به صورت صفحات تخت 2D کشت دهند. این ساختار تخت مزایای زیادی دارد: سلول‌ها راحت‌تر کشت و بررسی می‌شوند و برای آزمایش همزمان داروهای مختلف مناسب‌تر هستند. علاوه بر این، ساختار 2D سازمان طبیعی سلول‌ها را حفظ می‌کند. قسمت بالایی و پایینی یک سلول به‌طور واضح از یکدیگر جدا می‌مانند، همان‌طور که در یک اندام واقعی اتفاق می‌افتد. سلول‌های روده، به عنوان مثال، دو سمت متمایز دارند. یک طرف با محتوای روده در تماس است و به جذب مواد مغذی کمک می‌کند. طرف دیگر به غشای پایه متصل است. ساختار 2D که توسط اینوزین فراهم می‌شود، این سازمان را حفظ کرده و دسترسی به هر دو سمت سلول را برای مطالعه ممکن می‌سازد.

آینده ارگانوئیدها با استفاده از اینوزین

امکان کشت ارگانوئیدها با استفاده از پوشش اینوزین پیامدهای مهمی دارد. "ما باور داریم که اینوزین یک جایگزین کاملاً تعریف‌شده، ارزان، انعطاف‌پذیر و بدون استفاده از حیوانات برای ماتری‌ژل/BME است"، ویناکر نتیجه‌گیری می‌کند. این فناوری امکانات جدیدی برای تحقیق باز می‌کند و توسعه دارو را تسریع خواهد کرد. با جایگزینی ژل‌های مشتق شده از موش با یک پروتئین باکتریایی، پژوهشگران نشان داده‌اند که حتی دانش در مورد کوچک‌ترین موجودات—مانند باکتری‌ها—می‌تواند تغییرات بزرگی در علم پزشکی ایجاد کند.

پایان مطلب/.