الثــــورة:
تُعد أمراض القلب، في عدد كبير من دول العالم، السبب الرئيسي للوفاة، فالقلب على عكس الأعضاء الأخرى لا يمكنه إصلاح نفسه بعد الإصابة. هذا هو السبب في أن هندسة الأنسجة ، بما في ذلك التصنيع الكامل لقلب بشري صالح للزراعة ، مهمة جدًا لمستقبل طب القلب.
• هل يمكن بناء قلب بشري من الألف إلى الياء؟
لبناء قلب بشري من الألف إلى الياء ، يحتاج الباحثون إلى تكرار الهياكل الفريدة التي يتكون منها القلب. يتضمن ذلك إعادة إنشاء الأشكال الهندسية الحلزونية ، والتي تخلق حركة ملتوية مع دقات القلب.
لطالما تم الافتراض بأن حركة الالتواء هذه ضرورية لضخ الدم بكميات كبيرة ، ولكن إثبات ذلك كان صعبًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن تكوين قلوب ذات أشكال هندسية ومحاذاة مختلفة يُعد أمرًا صعبًا.
مؤخرًا، استطاع المهندسون الحيويون من كلية هارفارد للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) تطوير أول نموذج حيوي هجين للبطينين البشريين مع خلايا القلب النابضة الحلزونية ، وأظهروا أن محاذاة العضلات ، في الواقع ، تزيد بشكل كبير من مقدار الدم الذي يمكن أن يضخه البطين مع كل انقباض.
فقد أصبح هذا التقدم ممكنًا باستخدام طريقة جديدة لتصنيع المنسوجات المضافة ، وهي الغزل النفاث المركّز (FRJS) ، والذي مكّن من التصنيع عالي الإنتاجية للألياف المحاذاة حلزونيًا بأقطار تتراوح من عدة ميكرومتر إلى مئات النانومتر. تم تطويره في SEAS بواسطة Kit Parker’s Disease Biophysics Group ، ألياف FRJS محاذاة مباشرة للخلايا ، مما يسمح بتشكيل هياكل الأنسجة المهندسة.
يؤكد أستاذ الهندسة الحيوية والفيزياء التطبيقية في SEAS وكبير مؤلفي الورقة البحثية أن هذا العمل يُعد خطوة كبيرة إلى الأمام للتصنيع الحيوي للأعضاء ويقرب العلماء من هدفهم النهائي المتمثل في بناء قلب بشري للزراعة.
حيث تعود جذور هذا العمل إلى لغز عمره قرون. في عام 1669 ، عندما لاحظ الطبيب الإنجليزي ريتشارد لور – الرجل الذي أحصى جون لوك من بين زملائه والملك تشارلز الثاني بين مرضاه – لأول مرة الترتيب الشبيه بالحلزون لعضلات القلب في عمله الأساسي Tractatus de Corde.
وعلى مدى القرون الثلاثة التالية ، بنى الأطباء والعلماء فهمًا أكثر شمولاً لبنية القلب ، لكن الغرض من تلك العضلات المتصاعدة ظل صعبًا لدرجة الإحباط، ففي عام 1969 ، أكد البروفيسور إدوارد سالين ، الرئيس السابق لقسم الرياضيات الحيوية في كلية الطب بجامعة ألاباما برمنغهام ، بأن المحاذاة الحلزونية للقلب ضرورية لتحقيق كسور طرد كبيرة – النسبة المئوية لكمية الدم التي يضخها البطين مع كل انقباض.
لاختبار نظرية سالين ، استخدم باحثو SEAS نظام FRJS للتحكم في محاذاة الألياف المغزولة التي يمكن أن تنمو عليها خلايا القلب.
حسب موقع كلية هارفارد للهندسة والعلوم التطبيقية seas.harvard.edu، تعمل الخطوة الأولى من FRJS مثل آلة حلوى القطن (غزل البنات) – حيث يتم تحميل محلول بوليمر سائل في خزان ويتم دفعه للخارج من خلال فتحة صغيرة بواسطة قوة الطرد المركزي أثناء دوران الجهاز. عندما يغادر المحلول الخزان ، يتبخر المذيب ، وتتصلب البوليمرات لتشكل أليافًا. بعد ذلك ، يتحكم تيار الهواء المركّز في اتجاه الألياف حيث يتم ترسيبها على المجمع.
وجد الفريق أنه من خلال إمالة المجمع وتدويره ، فإن الألياف الموجودة في التيار ستلتف وتلتف حول المجمع أثناء دورانه ، محاكية البنية الحلزونية لعضلات القلب، ويمكن ضبط محاذاة الألياف عن طريق تغيير زاوية المجمع.
يحتوي قلب الإنسان في الواقع على طبقات متعددة من العضلات المحاذية لولبيًا بزوايا مختلفة من المحاذاة”. “مع FRJS ، يمكننا إعادة إنشاء تلك الهياكل المعقدة بطريقة دقيقة حقًا ، وتشكيل هياكل بطين مفردة وحتى أربع غرف.” حيث تحاكي البطينات النابضة نفس حركة الالتواء الموجودة في قلوب الإنسان.
قارن الباحثون بين تشوه البطين وسرعة الإشارة الكهربائية وجزء الإخراج بين البطينين المصنوعين من ألياف مصطفة لولبية وتلك المصنوعة من ألياف مصطفة محيطيًا. وجدوا في كل جبهة ، أن الأنسجة المحاذاة حلزونيًا تفوقت على الأنسجة المحاذاة محيطيًا.
وقد أظهر الفريق أنه يمكن توسيع نطاق العملية إلى حجم قلب الإنسان الفعلي وحتى حجم أكبر ، إلى حجم قلب حوت مينكي، على أنهم لم يقوموا بزرع النماذج الأكبر بالخلايا لأن الأمر يتطلب مليارات من خلايا عضلة القلب .