ابتكر باحثو معهد ألفريد إي مان للهندسة الكيمياء الحيوية التابع لجامعة جنوب كاليفورنيا “نوبة قلبية على رقاقة”، وهو جهاز قد يُستخدم يومًا ما كمنصة تجريبية لابتكار أدوية لعلاج أمراض القلب وأيضًا الأدوية المخصصة.

 تقول ميجان ماكين، وهي أستاذ مساعد بقسم هندسة الكيمياء الحيوية، وبيولوجيا الخلايا الجذعية والطب التجديدي، وهي من ابتكرت الجهاز برفقة ميجان ركسيوس-هول، باحثة ما بعد الدكتوراة: “إن جهازنا يستنسخ بعض السمات الأساسية للنوبة القلبية في نظام سهل ومبسط نسبيًا”.

وأضافت: “وهذا يمكننا من فهم كيفية تغير القلب بعد النوبة القلبية بوضوح، فيمكن لنا ولغيرنا ابتكار واختبار الأدوية التي لها التأثير الأكبر في الحد من تآكل أنسجة القلب الذي يحدث بعد النوبة القلبية”.
 
أوضحت كلٌ من ماكين وركسيوس هول مستجداتهما في مقال نُشر حديثًا بدورية ساينس أدفانسز تحت عنوان “المنطقة الحدودية لاحتشاء عضلة القلب على رقاقة توضح التنظيم الدقيق لوظيفة الأنسجة القلبية تحت تأثير انحدار الأكسجين”.

قاتل أمريكا الأول

إن أمراض القلب التاجية هي القاتل الأول بأمريكا، فقد استسلم لها 360900 أمريكي عام 2018 وهذا يجعل الأمراض القلبية هي المسؤولة عن 12.6% من جملة الوفيات بالولايات المتحدة وذلك وفقًا لكلية أمراض القلب الأمريكية، إن أمراض القلب التاجية الحادة قد تسبب نوبة قلبية، المسؤولة عن هذا الكم من الألم والمعاناة، تحدث النوبة القلبية حينما تقلل الدهون والكوليسترول والمواد الأخرى في الشرايين التاجية معدل تدفق الدم الغني بالأكسجين لمنطقة من القلب، وقد أصيب نحو 805000 أمريكي بالنوبات القلبية بين عامي 2005 و2014.

وحتى لو نجى مريض من النوبة القلبية فبمرور الوقت يمكن أن يصبحوا مرهقين وضعفاء ومرضى بشكل متزايد، مما قد يؤدي إلى الوفاة بسبب الفشل القلبي، وذلك لأن خلايا القلب لا تتجدد مثل خلايا العضلات الأخرى، وبدلًا من ذلك تظهر خلايا المناعة بمكان الإصابة التي قد يكون بعضها ضارًا، وبالإضافة لذلك تنشأ الجروح التي تُضعف القلب وكمية الدم التي يمكنه ضخها.

وبالرغم من ذلك، فإن العلماء ليسوا على دراية كافية بهذه العملية، وخاصةً الطريقة التي تتواصل بها خلايا القلب في الأجزاء السليمة والمصابة مع بعضها، وأيضًا كيفية وسبب تغيرها بعد النوبة القلبية.

تؤمن ماكين وريكسيوس-هول أن جهازهم قد يلقي بعض الضوء على هذه الألغاز.

وتقول ريكسيوس-هول: “نحن بحاجة في الأساس إلى نموذج يمكنه مساعدتنا في فهم الإصابة بالنوبة القلبية بشكلٍ أفضل”.

النوبة القلبية على رقاقة

لقد تأسست النوبة القلبية على رقاقة من الصفر، حيث يوجد في القاعدة جهاز ميكروفلويديك بمربع 22ملليمتر في 22 ملليمتر وهو أكبر قليلًا من الربع، ومصنوع من بوليمر يشبه المطاط يسمى (PDMS)، مع وجود قناتين في الجوانب المقابلة تتدفق من خلالها الغازات، وتقع فوقها طبقة رقيقة جدًا من نفس المادة المطاطية، قابلة لنفاذ الأكسجين، وهناك طبقة صغيرة جدًا من البروتين منقوشة على الرقاقة من الأعلى، وتوضح ماكين في هذا الشأن:

“ولذلك ترتبط الخلايا القلبية وتشكل نفس الهيكل الموجود بقلوبنا”، وأخيرًا تنمو الخلايا القلبية للقوارض على قمة البروتين.

ومن أجل محاكاة النوبة القلبية يخرج الغاز المصحوب بالأكسجين وغير المصحوب من خلال كل قناة بجهاز الميكروفلويديك، وتقول ماكين: “إن تعريض النوبة القلبية على الرقاقة خاصتنا لانحدار الأكسجين، يُشبه لما يحدث حقًا بالنوبة القلبية”.

ولأن جهاز الميكروفلويديك صغير وشفاف ورؤيته سهلة بالميكروسكوب، فقد أضافت ماكين أنه يسمح أيضًا للباحثين في الوقت الحالي ملاحظة التغيرات الوظيفية التي تحدث أحيانًا في القلب بعد النوبة، كحدوث اضطراب في نظم القلب، أو عدم انتظام ضرباته، وقصوره الانقباضي، أو انخفاض قوة انقباضه، وسيتمكن الباحثون في المستقبل من صناعة نموذج أكثر تعقيدًا بإضافة خلايا مناعية أو خلايا ليفية، الخلايا التي تساعد على التئام الجرح بعد النوبة القلبية.

وعلى النقيض، فإن الباحثين لا يمكنهم رؤية التغيرات بأنسجة القلب في النماذج الحيوانية في الوقت الحالي، وبالإضافة لذلك فإن نماذج زراعة الخلايا التقليدية تُعرض خلايا القلب بشكل منتظم وليس تدريجيًا لمستويات مرتفعة، ومتوسطة، أو منخفضة من الأكسجين، وقالت ريكسيوس-هول إن هذا يعني أنه لا يمكنهم محاكاة ما يحدث بالفعل لخلايا القلب التالفة فيما تسمى بالمنطقة الحدودية وذلك بعد النوبة القلبية.

وأضافت ماكين: “إنه لأمر مثير ومجزي حقًا أن يكون لجهازنا تأثير إيجابي على حياة المريض في المستقبل القريب، وخاصةً في النوبات القلبية والتي تعد شائعة للغاية”.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

ترجمة: آلاء عصمت علام

 مراجعة وتدقيق: زينب محمد