روش امیدبخش برای ترمیم قلب آسیب‌دیده

بیماری قلبی تقریبا ۸۲.۶ میلیون نفر را فقط در آمریکا تحت تأثیر قرار می‌دهد و علت اصلی مرگ و میر بسیاری از مردان و زنان است. یک راه حل برای کسانی که از نارسایی قلبی پیشرفته رنج می‌برند، پیوند قلب است اما در حال حاضر، جهان با کمبود قلب اهدایی روبه‌رو است. دانشمندان تلاش کرده‌اند تا قلب مصنوعی بسازند یا از قلب خوک به جای قلب انسان برای پیوند استفاده کنند. با وجود این، روش‌های کنونی تولید قلب مصنوعی معمولا ناموفق هستند و استفاده از اندام خوک برای پیوند می‌تواند به بروز عفونت‌های جدی منجر شود.

گروهی از پژوهشگران "دانشگاه هاروارد"(Harvard University) سعی دارند با استفاده از روشی جدید و ابتکاری برای پرورش قلب مصنوعی، به مقابله با این مشکل بپردازند. آنها با ابداع یک ساختار مصنوعی و کاشت سلول‌های قلب توانستند سلول‌های قلب را در الگویی پرورش دهند که سازمان‌دهی طبیعی عضلات قلب را تقلید کند. این پژوهش، یک گام مهم برای ابداع قلب‌های مصنوعی کاملا کاربردی به شمار می‌رود.

قلب عمدتا از عضلاتی ساخته شده است که به شکل مارپیچ چیده شده‌اند. هنگامی که قلب منقبض می‌شود، عضلات مارپیچی آن در یک حرکت چرخشی درگیر می‌شوند تا خون را از قلب خارج کنند. پیش‌بینی می‌شود که این الگوی مارپیچ، یکی از ویژگی‌های مهم قلب‌های سالم و کارآمد باشد. بسیاری از افرادی که از اختلال عملکرد قلب رنج می‌برند، یک الگوی عضلانی غیرطبیعی را نشان می‌دهند.

در گذشته، پژوهش‌های بسیاری تلاش کردند تا با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی، قلب‌های مصنوعی دارای الگوهای مارپیچ را ارائه دهند اما این پژوهش‌ها تا اندازه زیادی ناموفق بوده‌اند زیرا چاپگرهای سه‌بعدی نمی‌توانند طی یک مدت زمان معین، به جزئیات ساختار قلب دست یابند. به عنوان مثال، یک چاپگر سه‌بعدی ممکن است به سال‌ها زمان نیاز داشته باشد تا یک مولفه کوچک از ساختار قلب را با جزئیات کافی در الگوهای درست چاپ کند.
پژوهشگران دانشگاه هاروارد با آگاهی از اینکه یک چاپگر سه‌بعدی ساده، محدودیت‌های قابل توجهی دارد، به یک روش متفاوت روی آوردند. روش متفاوت آنها، "فیبرریسی" (Fiber-spinning) نام دارد. فیبرریسی، روشی است که موادی مشابه مواد مورد استفاده چاپگرهای سه‌بعدی را به کار می‌برد اما می‌تواند ساختارهای بسیار ظریف‌تری را با وضوح بالا تولید کند.

اگرچه فیبرریسی می‌تواند ساختارهایی با وضوح بسیار بالا ایجاد کند اما روش‌های سنتی فیبرریسی اغلب دقیق نیستند و نمی‌توانند الگوهای مارپیچ ثابت قلب را تشکیل دهند. این موضوع موجب شد که پژوهشگران دانشگاه هاروارد، روش جدیدی را برای فیبرریسی ابداع کنند که نه تنها به آنها امکان می‌دهد ساختار سه‌بعدی قلب را در مقیاس میکروسکوپی به وجود آورند، بلکه به اندازه کافی دقیق است که الگوی مارپیچ قلب را تشکیل دهد.

پژوهشگران، یک دستگاه فیبرریسی جدید را با دو ویژگی طراحی اصلی ابداع کردند. نخست این که دستگاه به جای ارائه ساده مواد در یک جهت، حاوی یک سیستم ریسنده است که با سرعت بالا می‌چرخد. هنگامی که مواد گرم‌ شده به درون دستگاه رانده می‌شوند، الیاف از سوراخ کوچکی که در کنار ریسنده قرار دارد، بیرون می‌روند.
دومین کار پژوهشگران، ایجاد یک جریان قوی از هوا در بالای شبکه ریسنده بود که می‌تواند الیاف را به گونه‌ای تنظیم کند که به خطوط عضلات شبیه باشند. بدین ترتیب، پژوهشگران می‌توانند الیاف را در یک زاویه جمع کنند و در نهایت، الگوهای مارپیچ عضله قلب را به وجود آورند.

پژوهشگران با استفاده از این روش توانستند قالب‌های سه‌بعدی مشابه بطن قلب انسان را بسازند. هنگامی که سلول‌های قلب انسان در این قالب‌ها کاشته شدند، بافت‌های حاصل توانستند الگوی مارپیچ قالب‌ها را حفظ کنند.
پژوهشگران با کمال تعجب مشاهده کردند که بین سه تا پنج روز پس از پرورش سلول‌های قلب در قالب‌های سه‌بعدی، انقباضات خودبه‌خود ایجاد شدند که مشابه فعالیت طبیعی قلب انسان بود. این موضوع نشان داد که بطن‌های این مدل را می‌توان برای بررسی تأثیر الگوی عضلانی بر عملکرد قلب استفاده کرد.
این پژوهش نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در توانایی پژوهشگران برای ایجاد یک قلب مصنوعی
کاملا کاربردی است. اگرچه برای تبدیل کردن بطن‌های این مدل عملکردی به مدل‌ قلب در مقیاس کامل باید کار بیشتری انجام شود اما این پژوهش، استفاده از روش‌های نوآورانه فیبرریسی را برای تشکیل کل اندام‌های پیچیده بدن نوید می‌دهد.