العلماء صنعوا جهاز تنفس يشبه الرئة على الرقاقة ثم أعطوه السل. : تنبيه العلوم

لقد ابتليت البشرية بمرض السل آلاف السنينوعلى الرغم من التقدم الطبي الذي يمكن أن يساعدنا الآن في الوقاية من هذا المرض وعلاجه، إلا أن المرض البكتيري القديم لا يزال موجودًا يودي بحياة المزيد من البشر سنويا من أي مسببات الأمراض المعدية الأخرى.

في دراسة جديدة، كشف الباحثون النقاب عن جهاز يهدف إلى إزالة الغموض عن المراحل المبكرة من مرض السل، بما في ذلك التأخير الغريب الذي غالبا ما يسبق ظهور الأعراض.

يمكن أن يكشف نموذجهم أيضًا كيف تؤدي الاختلافات الجينية لدى المرضى إلى تأثيرات متفاوتة لمرض السل، مع ما قد يترتب على ذلك من آثار واسعة النطاق على المرضى الطب الشخصي.

عن ربع جنسنا مصاب ببكتيريا السل، وعلى الرغم من أن نسبة ضئيلة فقط من هؤلاء الأشخاص سوف يمرضون، إلا أن هذا لا يزال يمثل أكثر من 10 مليون حالة جديدة – وأكثر من مليون حالة وفاة – سنويًا في جميع أنحاء العالم.

يتطور مرض السل ببطء، وغالبًا ما يستغرق ظهور الأعراض شهورًا. لمعرفة المزيد عن هذا التأخر، ركز المؤلفون على الأكياس الهوائية الصغيرة في الرئتين، الحويصلات الرئوية، التي تستضيف مواجهات محورية بين الخلايا المناعية والبكتيريا.

“تعد الأكياس الهوائية في الرئتين حاجزًا أوليًا حاسمًا ضد العدوى لدى البشر، لكننا نظرنا إليها تقليديًا في الحيوانات مثل الفئران”. يقول المؤلف المشارك ماكس جوتيريز، الذي يقود التفاعلات بين المضيف ومسببات الأمراض في مختبر السل في معهد فرانسيس كريك.

وقال جوتيريز: “هذه الدراسات أساسية لفهمنا، ولكن هناك اختلافات بين الحيوانات والبشر في تركيب الخلايا المناعية وتطور المرض، مما يثير الاهتمام بالتقنيات البديلة”. يقول.

الناشئة “عضو على شريحة“التكنولوجيا، على سبيل المثال، تتيح للعلماء محاكاة عضو بشري كامل داخل شريحة ميكروفلويديك لزراعة الخلايا، مما يوفر بديلاً للنماذج الحيوانية.

توجد بالفعل بعض أنظمة “الرئة على الرقاقة”، لكن القيود المفروضة على تلك النماذج ألهمت جوتيريز وزملائه لتجربة نهج مختلف.

“حتى الآن، تُصنع أجهزة الرئة على الرقاقة من مزيج من الخلايا المشتقة من المريض والخلايا المتوفرة تجاريًا،” كما يقول جوتيريز. يقول. “وهذا يعني أنهم لا يستطيعون إعادة وظيفة الرئة بشكل كامل أو تطور المرض لفرد واحد، حيث أن كل نوع من الخلايا يختلف وراثيا.”

وبدلاً من ذلك، طور الباحثون رئة جديدة على شريحة لدراستهم، تضم فقط خلايا متطابقة وراثياً مستمدة من إنسان واحد. الخلية الجذعية.

“لقد استخدمنا مادة متعددة القدرات من صنع الإنسان الخلايا الجذعيةوالتي يمكن أن تصبح أي خلية في الجسم تقريبًا، لإنتاج الخلايا الظهارية السنخية من النوع الأول والثاني. يقول المؤلف الأول جاكسون لوك، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر جوتيريز.

وقال: “إنها تنمو على الجزء العلوي من الغشاء”. يضيف. “باستخدام نفس الخلايا الجذعية، أنتجنا أيضًا خلايا بطانية وعائية تنمو في الجزء السفلي من الغشاء.”

قدم هذا نظرة جديدة على فترة “الصندوق الأسود” لمرض السل، أو الوقت بين الإصابة الأولية للشخص والإصابة. بداية الأعراض.

“أردنا أن نبحث عن السمات المميزة للمرض التي تم الإبلاغ عنها لدى المرضى من العيادات والدراسات على الحيوانات،” لوك يقول.

وعندما أضاف الباحثون خلايا مناعية تسمى الضامة إلى الرقاقة قبل إدخال مرض السل، سرعان ما لاحظوا مجموعات من البلاعم ذات “النوى الميتة” – وهي مجموعة مركزية من البلاعم الميتة تقع في مجموعة أكبر من البلاعم الحية.

“في نهاية المطاف، بعد خمسة أيام من الإصابة، انهارت حواجز الخلايا البطانية والظهارية، مما يدل على أن وظيفة كيس الهواء قد انهارت”، قال لوك. يقول.

ومع ذلك، لا تتفاعل رئات الجميع مع مرض السل بنفس الطريقة، لذلك سعى الباحثون أيضًا إلى معرفة كيف يمكن أن تؤدي الاختلافات الجينية إلى استجابات مختلفة.

وقال لوك: “لقد قمنا بإزالة الجين ATG14، الذي يشارك في عملية طبيعية لتحطيم الخلايا التالفة والمواد الغريبة”. يقول.

وقال: “كانت البلاعم التي تفتقر إلى هذا الجين أكثر عرضة لموت الخلايا في ظروف الراحة، وحاولت ابتلاع المزيد من بكتيريا السل عند الإصابة، مما يؤكد دور الجين في الحفاظ على دفاعاتنا المناعية سليمة”. يشرح.

ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث، لكن لوك وزملائه يرون أن رقاقتهم خطوة أساسية نحو علاج أكثر تخصيصًا لمرض السل – وغيره من الأمراض المعدية أيضًا.

يقول لوك: “يمكننا الآن بناء شرائح من أشخاص لديهم طفرات جينية معينة لفهم كيفية تأثير العدوى مثل السل عليهم واختبار فعالية العلاجات مثل المضادات الحيوية”. يقول.

“تدعم الشريحة الدفعة الكبيرة نحو الطب الشخصي” ، قال جوتيريز يضيف. “يمكن أن يساعدنا ذلك في فهم تأثير علم الوراثة على ما إذا كان العلاج فعالاً أم لا.”

ونشرت الدراسة في تقدم العلوم.