طور فريق بحثي من جامعة بوسان الوطنية بقيادة البروفيسور بيونغ سو كيم، بالتعاون مع البروفيسور دونغ وو تشو من جامعة بوخونغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH)، نموذجًا مبتكرًا للأوعية الدموية الدماغية المتضيقة مطبوعًا حيويًا ثلاثي الأبعاد في المختبر. يُحدث هذا النموذج ثورة في دراسة أمراض الأوعية الدموية الدماغية مثل تصلب الشرايين والسكتة الدماغية من خلال محاكاة ظروف التدفق المرضي المعقدة في المختبر. نُشرت الدراسة عبر الإنترنت في 24 يونيو 2025 في مجلة Advanced Functional Materials.
التحديات في دراسة أمراض الأوعية الدموية الدماغية
تُعد أمراض الأوعية الدموية الدماغية، بما في ذلك تصلب الشرايين والسكتة الدماغية، من الأسباب الرئيسية للمشاكل الصحية على مستوى العالم. السمة الرئيسية لهذه الأمراض هي تضيق الأوعية الدموية - وهو تضيق في الأوعية الدموية - مما يعطل تدفق الدم الطبيعي ويؤدي إلى التهاب مزمن في جدران الأوعية الدموية. تستجيب الخلايا البطانية، التي تبطن الأوعية الدموية، لظروف التدفق المضطربة عن طريق التعبير عن جزيئات تعزز الالتهاب. ومع ذلك، فإن دراسة هذه الظاهرة في الجسم الحي أمر صعب بسبب تعقيد الأنظمة الحية. غالبًا ما تفشل النماذج التقليدية في المختبر في محاكاة التعقيد الهيكلي والميكانيكي والبيولوجي للأوعية الدموية الدماغية البشرية بشكل كافٍ، مما يؤكد الحاجة إلى نماذج ذات صلة فسيولوجية.
الابتكار من خلال الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد
استخدم الفريق البحثي تقنية طباعة حيوية محورية جديدة لإنشاء قنوات وعائية قابلة للتدفق مع تضيق تجويفي متحكم فيه. "يوفر حبرنا الحيوي، المكون من مزيج من المصفوفة خارج الخلية المجردة من الخلايا لشريان الأبهر الخنزيري، والكولاجين، والألجينات، الاستقرار الميكانيكي والإشارات البيولوجية لدعم الخلايا البطانية"، كما يوضح البروفيسور كيم. تم تزويد الأوعية المطبوعة حيويًا بخلايا بطانية بشرية، بما في ذلك تلك المشتقة من أوردة السرة والأوعية الدموية الدماغية الدقيقة، وتعريضها لظروف تدفق تحاكي الأوعية الدموية الطبيعية والمتضيقة.
لقد نجح النموذج في تكرار ظروف تدفق الدم في الجسم الحي وهندسة الأوعية الدموية المتضيقة. أكدت محاكاة ديناميكيات التدفق وتجارب جسيمات التتبع أن المناطق المتضيقة تولد أنماط تدفق مضطربة نموذجية للأوعية الدموية المصابة بتصلب الشرايين. أظهرت الأوعية الدموية المبطنة بالبطانة تغطية مستمرة، وعبرت عن بروتينات وصلات خلوية مهمة مثل CD31 و VE-Cadherin و ZO-1، وأظهرت وظيفة حاجز انتقائية. والجدير بالذكر بشكل خاص: أدت ظروف التدفق المضطربة إلى زيادة كبيرة في تنظيم الواسمات الالتهابية، بينما حافظت الأوعية الدموية على سمات حاجز بطاني ناضج.
الأهمية والآفاق المستقبلية
يقول البروفيسور كيم: "يمثل هذا النموذج ثلاثي الأبعاد للطباعة الحيوية تقدمًا مهمًا في نمذجة أمراض الأوعية الدموية الدماغية". يتيح النموذج تكرار الأوعية الدموية الدقيقة تشريحيًا بديناميكيات تدفق واقعية، ويوفر منصة لدراسة الالتهاب البطاني الناجم عن التدفق. إنه متوافق مع أنواع مختلفة من الخلايا البطانية ولديه القدرة على إحداث ثورة في البحث في مجال الطب الشخصي واختبار الأدوية عن طريق تقليل الاعتماد على التجارب على الحيوانات.
قد تشمل التحسينات المستقبلية دمج المصفوفة خارج الخلية الخاصة بالدماغ، والزراعة المشتركة للخلايا الداعمة للأوعية الدموية، واستخدام الخلايا الخاصة بالمريض لزيادة الدقة الفسيولوجية. قد يتيح الجمع مع منصات الأعضاء على رقاقة والتحليل المدعوم بالذكاء الاصطناعي المراقبة في الوقت الفعلي للاستجابات البطانية للعلاجات.
خاتمة
تقدم الدراسة منصة قوية لهندسة الأنسجة الوعائية الدماغية، والتي لديها القدرة على تحويل استكشاف وعلاج أمراض مثل السكتة الدماغية وتصلب الشرايين. مع تقدم تقنيات الطباعة الحيوية، يمكن لمثل هذه النماذج تسريع تطوير العلاجات والتدخلات الشخصية.
المرجع:
العنوان: "الطباعة الحيوية المحورية المدمجة ثلاثية الأبعاد للأوعية الدموية الدماغية المتضيقة باستخدام حبر حيوي للمصفوفة خارج الخلية المعززة ميكانيكيًا لدراسة الاستجابات البطانية الناتجة عن القوة الديناميكية الهوائية“
المجلة: Advanced Functional Materials
DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202504276
حول جامعة بوسان الوطنية:
الموقع الإلكتروني: https://www.pusan.ac.kr/eng/Main.do
المصدر: جامعة بوسان الوطنية
