دانشمندان این ریه روی تراشه را وادار به تنفس کردند. سپس آن را به بیماری سل مبتلا کردند.

سل هزاران سال است که بشریت را گرفتار کرده است و با وجود پیشرفت‌های پزشکی که اکنون می‌تواند به ما در پیشگیری و درمان آن کمک کند، این بیماری باکتریایی باستانی هنوز هم سالانه جان انسان‌های بیشتری را نسبت به هر پاتوژن عفونی دیگری می‌گیرد.

در یک مطالعه جدید، محققان از دستگاهی رونمایی می‌کنند که برای رمزگشایی مراحل اولیه سل، از جمله تأخیر عجیب و غریبی که اغلب قبل از شروع علائم رخ می‌دهد، طراحی شده است.

مدل آنها همچنین می‌تواند نشان دهد که چگونه تغییرات ژنتیکی در بیماران منجر به اثرات مختلف سل می‌شود و پیامدهای بالقوه گسترده‌ای برای پزشکی شخصی‌سازی شده دارد.

حدود یک چهارم از گونه‌های ما به باکتری سل آلوده هستند و در حالی که تنها کسری از این افراد بیمار می‌شوند، این رقم همچنان به بیش از 10 میلیون مورد جدید – و بیش از 1 میلیون مرگ – در سال در سراسر جهان می‌رسد.

سل به آرامی پیشرفت می‌کند و علائم آن اغلب ماه‌ها طول می‌کشد تا ظاهر شوند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این تأخیر، نویسندگان بر کیسه‌های هوایی کوچک در ریه‌ها، آلوئول‌های ریوی، که میزبان تقابل‌های محوری بین سلول‌های ایمنی و باکتری‌ها هستند، تمرکز کردند.

مکس گوتیِرِز، یکی از نویسندگان این مقاله و سرپرست آزمایشگاه برهمکنش‌های میزبان-پاتوژن در سل در مؤسسه فرانسیس کریک، می‌گوید: «کیسه‌های هوایی در ریه‌ها اولین مانع حیاتی در برابر عفونت‌ها در انسان هستند، اما ما به طور سنتی آنها را در حیواناتی مانند موش‌ها بررسی کرده‌ایم.»

گوتیِرِز می‌گوید: «این مطالعات برای درک ما اساسی هستند، اما حیوانات و انسان‌ها در ترکیب سلول‌های ایمنی و پیشرفت بیماری تفاوت‌هایی دارند و همین امر باعث ایجاد علاقه به فناوری‌های جایگزین شده است.»

به عنوان مثال، فناوری نوظهور «اندام روی تراشه» به دانشمندان اجازه می‌دهد تا یک اندام کامل انسان را در یک میکروچیپ کشت سلولی میکروفلوئیدیک شبیه‌سازی کنند و جایگزینی برای مدل‌های حیوانی ارائه دهند.

برخی از سیستم‌های «ریه روی تراشه» از قبل وجود دارند، اما محدودیت‌های این مدل‌ها، گوتیِرِز و همکارانش را بر آن داشت تا رویکرد متفاوتی را امتحان کنند.

گوتیِرِز می‌گوید: «تاکنون، دستگاه‌های ریه روی تراشه از مخلوطی از سلول‌های مشتق شده از بیمار و سلول‌های موجود در بازار ساخته شده‌اند.» «این بدان معناست که آنها نمی‌توانند عملکرد ریه یا پیشرفت بیماری یک فرد را به طور کامل بازسازی کنند، زیرا هر نوع سلول از نظر ژنتیکی متفاوت است.»

محققان در عوض یک ریه روی تراشه جدید برای مطالعه خود ایجاد کردند که فقط شامل سلول‌های ژنتیکی یکسان مشتق شده از یک سلول بنیادی انسانی است.

جکسون لوک، نویسنده اول و دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه گوتیرز، می‌گوید: «ما از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی، که عملاً می‌توانند به هر سلولی در بدن تبدیل شوند، برای تولید سلول‌های اپیتلیال آلوئولار نوع I و II استفاده کردیم.»

او می‌افزاید: «این سلول‌ها در بالای غشاء رشد می‌کنند. با استفاده از همان سلول‌های بنیادی، ما همچنین سلول‌های اندوتلیال عروقی را تولید کردیم که در پایین غشاء رشد می‌کنند.»

این، نگاهی جدید به دوره «جعبه سیاه» سل یا زمان بین عفونت اولیه فرد و شروع علائم ارائه می‌دهد.

لوک می‌گوید: «ما می‌خواستیم به دنبال نشانه‌های بیماری باشیم که در بیماران از مطالعات بالینی و حیوانی گزارش شده است.»

وقتی محققان سلول‌های ایمنی به نام ماکروفاژها را قبل از معرفی سل به تراشه اضافه کردند، خیلی زود متوجه خوشه‌های ماکروفاژ با «هسته‌های نکروتیک» شدند – یک گروه مرکزی از ماکروفاژهای مرده که در گروه بزرگتری از ماکروفاژهای زنده قرار داشتند.

لوک می‌گوید: «در نهایت، پنج روز پس از عفونت، موانع سلول‌های اندوتلیال و اپیتلیال فرو ریختند و نشان دادند که عملکرد کیسه‌های هوایی از کار افتاده است.»

در خبرنامه رایگان ScienceAlert که توسط محققان بررسی شده است، مشترک شوید.

با این حال، ریه‌های همه به سل به یک شکل واکنش نشان نمی‌دهند، بنابراین محققان همچنین به دنبال یادگیری این بودند که چگونه تفاوت‌های ژنتیکی می‌تواند منجر به پاسخ‌های متفاوت شود.

لوک می‌گوید: «ما ژن ATG14 را که در یک فرآیند طبیعی برای تجزیه سلول‌های آسیب‌دیده و مواد خارجی نقش دارد، حذف کردیم.»

او توضیح می‌دهد: «ماکروفاژهایی که فاقد این ژن بودند، در شرایط استراحت بیشتر مستعد مرگ سلولی بودند و هنگام عفونت سعی می‌کردند باکتری‌های سل بیشتری را جذب کنند که این امر نقش ژن را در حفظ دفاع ایمنی ما تأیید می‌کند.»

تحقیقات بیشتری لازم است، اما لوک و همکارانش تراشه خود را گامی کلیدی به سوی درمان شخصی‌سازی‌شده‌تر سل – و سایر عفونت‌ها – می‌دانند.

لوک می‌گوید: «اکنون می‌توانیم تراشه‌هایی از افرادی با جهش‌های ژنتیکی خاص بسازیم تا بفهمیم عفونت‌هایی مانند سل چگونه بر آنها تأثیر می‌گذارد و اثربخشی درمان‌هایی مانند آنتی‌بیوتیک‌ها را آزمایش کنیم.»

گوتیرز می‌افزاید: «این تراشه از حرکت بزرگ به سمت پزشکی شخصی‌سازی‌شده پشتیبانی می‌کند. این می‌تواند به ما کمک کند تا تأثیر ژنتیک را بر مؤثر بودن یا نبودن یک درمان درک کنیم.»

لينک منبع