چگونگی کاشتن برگ اسفناج در قلب انسان

اسفناج برای قلب بسیار مفید است. این گیاه دارای ویتامین A، فیبر و مواد ضروری دیگری برای سلول ها تا بتوانند مواد مغذی را جذب کنند. به همین دلیل مهندسان زیستی در موسسه پلی تکنیک ورچستر تصمیم گرفته اند تا رشد سلول های قلب انسان روی داربستی از یک برگ اسفناج را امتحان کنند. این روش کار کرد!

این پژوهشگران نتایج خود را در ژورنال بیومتریال در مه ۲۰۱۷ به چاپ رساندند.

هنگامی که به یک برگ اسفناج نگاه می کنید، احتمالا بدون توجه به هیچ موردی، یک برگ سبز تیره را می بینید. اما یک مهندس زیستی، رگ های روی آن را خواهد داد. در این گیاه سبز تیره یک ساقه مرکزی با شاخه های کوچکتر لایه بندی شده به سمت لبه ها وجود دارد که همانند رگ های خونی در قلب ماست. به همان شیوه رشد کرده است. اگر چه اسفناج خون ندارد، اما عروق در برگ و قلب ما اساسا برای یک هدف که ان هم ارایه مواد مغذی است مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم گردش خون از رگ ها و شریان هایی ایجاد شده است که در یک حلقه بزرگ به یکدیگر متصل هستند. مهمترین بخش از سیستم گردش خون مویرگ ها هستند، لوله های کوچکی که خون را از مرحله آخر دریافت می کند. مویرگ ها مبادله مواذ غذایی را بین بافت ها و خون انجام می دهند. بدون مویرگ ها زنده نمی مانید. معمولا سلول های اعضا بدن برای زنده ماندن نباید بیش از ۱۰۰ تا ۲۰۰ میکرومتر از مویرگ ها فاصله داشته باشند. حدود ده بیلیون مویرگ در بدن وجود دارد که به مبادله اکسیژن و مواد مغذی می پردازند. به دلیل همین پیچیدگی و وب مویرگ ها، رشد بافت های انسانی مصنوعی دشوار است. در واقع یکی از سخت ترین چیزها ساخت ارگان های بدن است.

سلول ها راه القایی برای رشد رگ های خونی در بدن دارند که در خارج از ان راحت نیست. نمی توان یک توده از سلول ها را به یک بدن پیوند زد و انتظار داشت که عروق خود را ایجاد کنند، چون قبل از اینکه شانسی داشته باشند می میرند. بنابراین اگر قرار است یک ارگان از ابتدا ساخته شود (حتی یک تکه ای از یک ارگان)، باید راهی برای ایجاد حداقل رگ های خونی شبیه سازی شده پیدا کرد.

ایده های مختلفی از سال ۲۰۱۲ تاکنون برای چگونگی انجام این کار ارایه شده است و داربست اسفناج یکی از آن هاست. در سال ۲۰۱۲ دو پژوهشگر از دانشگاه پنسیلوانیا رگ های خونی را به صورت سه بعدی ساختند. این رگ ها از شکر ساخته شد و پس از آن سلول های کبدی در سراسر شبکه شروع به رشد کردند. هنگامی که سلول ها شکل گرفتند، به راحتی شکر را حل کردند و یک شبکه ای از لوله های تو خالی که می توانند به عنوان مویرگ ها عمل کنند ساخته شد. این رویکرد یک ساختار بسیار طبیعی نداشته است. پیشرفت به شکل برگ اسفناج به آرامی حل می شود و سلولز های پشت برگ به عنوان داربست واضح دیده می شوند.

این مهندسان زیستی یک رویکرد متفاوت به کار گرفتند. آن ها همه مواد سلولی در برگ اسفناج را با استفاده از مواد پاک کننده شتشو دادند و در عروق پشتی برگ اسفناج کشت سلول های عروق انسان را انجام دادند. هنگامی که یک پوسته خالی از اسفناج بدست آوردند توانستند آن را در سلول های قلب انسان اضافه کنند و شانس پایبندی به ساختار را به آن ها دادند. سلول ها هم همان راهی که قلب می بایست برود را در پی گرفتند و عروق توانستند جریان خون را پشتیبانی کنند. هرچند مهندسان خون واقعی در این سیستم قرار ندادند- از یک مایع قرمز رنگ استفاده کردند- و فقط خواستند که ثابت کنند این روش کار کرده است.

برگ اسفناج می تواند یک داربست مناسب برای تمام بافت های بدن باشد. طراحی انشعاب اسفناج شبیه رگ های قلب است ولی دیگر ارگان ها  شبکه های مویرگی متفاوتی دارند، شاید دیگر گیاهان برای بخش های دیگر بدن بهتر کار کنند. این مهندسان زیستی نیز ثابت کردند که تصور کلی آن ها می تواند در ریشه جعفری، ریشه های مویی در بادام زمینی به کار گرفته شود و همچنین اظهار داشتند که در تئوری باید چیزی شبیه به چوب در تقلید از راه رشد استخوان استفاده کرد یا یک گیاه با ریشه ضخیم مانند علف هرز برای شکل دادن یک قطعه از عروق مورد بکار برد.

پژوهشگران هنوز مطمئن نیستند که چگونه می توان این یک قسمت خیلی خیلی کوچکی از ارگان را به یک انسان واقعی پیوند زد.