چهارشنبه, 09 ارديبهشت 1394 ساعت 08:33

مهندسی بافت ميوکارد قلب

نوشته شده توسط
این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

 

 

 

 

 

 

 

مهندسی بافت میوکارد قلب

 

شیوع بیماریهای قلبی و عروقی منجر به مرگ و میر جمع کثیری از مردم جهان شده  است.انفارکتوس قلبی و نارسایی احتقانی قلب از عمده ‏ترین دسته‏ی بیماریهای سیستم قلبی عروقی می‏باشد. پس از بروز سکته قلبی عوارضی همچون التهاب,آپوپتوز سلول‏های قلبی، بروز اسکارهای فیبروزی غیر قابل انقباض، تغییر فشار پیرامون میوکارد و در نهایت نارسایی قلبی به صورت پیوسته رخ می‏دهد.

پیوند قلب احتمالاً بهترین گزینه برای بیماران مبتلا به CHF یا نارسایی قلبی می‏باشد. اما با توجه به محدودیت اهدا کننده این عضو و نیز نیاز مبرم به درمان سرکوب کننده سیستم ایمنی این روش با پیمایش روبروست.

داروهای متنوع و نیز فعالیت های وابسته به جراحی برای این بیماران پیشرفت زیادی کرده است ولی این داروها فقط می‏تواند دو الی سه سال به مدت طول عمر این افراد بیفزاید و سایر روشهای درمانی مرسوم می‏توانند مرگ و میر قبل از انفارکتوس موسوم به Post – MI را بهبود ببخشند.

اما نمی‏توانند فعالیت قلبی را آن طور که باید برگردانند. شواهدی وجود دارد که سلولهای بنیادی قلبی مستقر یا (Resident Cardiac stemcell) قابلیت بازگرداندن قابلیت عملکرد قلب را داراست ولی چنین جبرانی پس از وقوع MI یا انفارکتوس قلبی کافی نیست لذا نیاز به پیوند سلول از ناحیه صدمه دیده است به منظور کمک به ترمیم ماهیچه‏ی قلب خواهیم داشت.

تا کنون دو روش برای پیوند سلولی جهت دو مثال ضایعات قلبی عروقی وجود دارد:

1-     کاردیو میوپلاستی در محل ضایعه یا In situ cardiomyoplasty که شامل رهایش مستقیم سلولها به مقاله آسیب دیده‏ی ماهیچه‏ی قلبی صورت می‏پذیرد که البته این روش به لحاظ نگهداری سلولها یا Cell retention، حیات سلولهای پیوند شده، تمایز سلولی و ترکیب و اختلاط سلول پیوند شده با بافت میزبان با محدودیت مواجه بود.

2-     روش دوم برای ترمیم ضایعات قلبی عروقی مهندسی بافت قلبی است که یک استراتژی جایگزین برای روش قبلی می‏باشد که از تعامل سلول و بیومتریا ل مناسب و فاکتورهای تنظیمی مناسب بدست می‏آید.

 

سلول های مختلفی در Cardiomyoplasty  مورد استفاده قرار می‏گرفتند. در قلب سلول­های کاردیومیوسیت مسئول انقباض این عضله هستند.این سلول ها بهبود عملکرد قلبی را نیز نشان دادند . ادغام سلولهای پیوند شده با بافت میزبان نکته‏ی حائز اهمیتی می باشد.در حیوانات کوچک این ادغام صورت گرفت اما حیوانات بزرگ مثل خوک سلولهای پیوند شده از بافت میزبان جدا شدند که این مسئله باعث هدایت الکتریکی ناکامل میان بافت قلب شده و منجر به بروز آرتیمی کشنده می‏گردد.

 

 

 

 

میوبلاست‏های اسکلتی:

میوبلاستهای اسکلتی دارای مزایای زیادی در زمینه‏ی مقاومت برعلیه Ischemia می‏باشند.همچنین قادر به تمایز به بافت ماهیچه‏ای اسکلتی بالغ می‏باشند. این سلول ها سبب بهبود عملکرد بطن چپ می‏شوند و این پدیده ناشی از خصوصیت مقاومت به خستگی یا Fatigue Resistance این دسته از سلولهاست. دراین روش نیز متأسفانه آرتیمی قلبی مشاهده می‏شود .در این حالت سلول های قلبی با فعالیت انقباضی کاملاً مستقل از کاردیومیوسیت‏های مجاور خود عمل می‏کنند. از معایب دیگر این روش میتوان به عدم ادغام این سلولها بافت میزبان نیز اشاره کرد.

 

سلول‏های بنیادی مغز استخوان:

مغز استخوان متداول ‏ترین منبع سلولهای بنیادی نیایی محسوب می‏‏شود. مغز استخوان شامل انواع مختلفی از سلولهای بنیادی از جمله سلولهای بنیادی مزانشیمال یا ، سلولهای بنیادی اندوتلیال یا EPCs و سلولهای بنیادی هماتوپوئیتک و ... هستند. تمایز سلولهای بنیادی مغز استخوان به سلولهای ماهیچه‏ای قلبی می‏تواند در محیط کشت مناسب و در شرایط Invitroصورت می‏گیرد. سلولهای بنیادی مغز استخوان پس از پیوند با بافت زمینه جهت تشکیل اندویلتوم و ماهیچه اسکلتی و قلبی ادغام می‏شوند.

 

سلولهای بنیادی مزانشیمال :

 مشتق از مغز استخوان از انواع سلولهایی است که برای درمان اختلالات قلبی استفاده می شوند.این دسته از سلولها دارای خصلت سرکوب کنندگی سیستم ایمنی محلی بوده که فرصت‏هایی برای کاربردهای آلوژنیک فراهم می‏آورد.

 

سلولهای بنیادی جنینی :

این سلولها دارای مزایای برجسته ای از جمله قابلیت تکثیرو نیز خاصیت همه توانی هستند. به صورت تئوری، ESC ها می­توانند به تمامی انواع سلول­ها از جمله انواع سلول­های موجود در قلب متمایز گردند. از ویژگی قابل توجه کاردیومیوسیت های مشتق شده از ESC ها , قابلیت ادغام آنها با بافت میزبان از طریق برقراری اتصالات Gap اشاره کرد. به منظور مرتفع ساختن مشکل مانایی پایدار سلول­های کاشته شده، در میوکاردیوم انگرفت شده، ESC ها می­توانند توسط فاکتورهای Prosurvival مورد پیش درمانی قرار بگیرند.مهمترین نگرانی در مورد ESCs جنبه های legal و مشکلاتی نظیر آریتمی و عدم پذیرش سیستم ایمنی به علت منشاء آلوژنیک آنها می‏باشد. استفاده­ی مستقیم از سلول­های بنیادی ESC به صورت غیر متمایز، جهت ترمیم بافت میوکاردیال می­تواند سبب افزایش ریسک تولید تراتوم گردد.

 

سلولهای بنیادی مشتق شده از بافت چربی:

این سلولها از جهت چند توانی بودن به سلولهای بنیادی مغز استخوان شباهت دارند. این دسته از سلول­های بنیادی با القای خاصیت رگ­زایی و تولید ساختارهای مشابه کاردیومیوسیت­ها در بازسازی بافت آسیب­دیده قلب مؤثر هستند.

 

سلول های بنیادی قلبی:

 قلب اندامی است که دارای توانایی نوزائی میباشد. این عضو پیوسته در حال یک تغییر و تبدیل دائمی  است. این سلولها می‏توانند هم ازقلب  سالم و هم از قلب مبتلا به MI بدست آید. درمان‏های صورت گرفته بر اساس رهایش سلولهای بنیادی سبب کاهش تشکیل اسکارهای بافتی و از بین رفتن اتساع بطنی گردیده و عملکرد منظم آن  را بهبود می‏بخشند. بیشترین تعداد سلولهای بنیادی ادغام شده با بافت در رگ زایی نسبت به تولید ماهیچه با تمایل بیشتری شرکت کردند.

تزریق چند نوع مختلف سلول بنیادی به ناحیه آسیب دیده می‏تواند رگ زایی را ارتقاء بخشیده و پرفیوژن میوکارد را افزایش دهد. تزریق سلولهای بنیادی یک هسته‏ای مشتق شده از مغز استخوان و نیز سلولهای بنیادی نیایی مشتق شده از خون به قلب میتواند پروسه Vascularization را افزایش دهد.

اثرات مطلوب تزریق سلولهای بنیادی مغز استخوان به علت اثرات پاراکرین سلولهای تزریق شده می‏باشد. فاکتورهای رشد و سیتوکین‏های ترشح شده سبب تحریک رگ زایی و تمایز سلولهای بنیادی محلی به کاردیومیوسیت که می‏تواند در بهبود عملکرد قلب سودمند باشند, گردند. با وجود اینکه کاردیومیوپلاستی دارای اثرات اثبات شده‏ای در بهبود عملکرد قلب و نیز باز تولید میوکاردیوم قلب می‏باشد اما متأسفانه مشکلات قابل توجه­ای در این استراتژی گزارش شد. نخست آنکه سلول­های تزریق شده ماندگاری کمی دارند. بخش قابل توجه­ای از سلول­ها به علت وسیکوزیته­ی پائین سوسپانسیون نمکی سلول­های زمینه­ای سلول­ها، در حین تزریق به بیرون نشت می­کنند. دوم اینکه پیوند سلولی به علت منابع فقیر غذارسان در قلب ایشمی شده، بسیار با محدودیت رو به روست. همچنین امکان عدم پذیرش توسط بافت میزبان نیز وجود دارد. به علاوه سلول­های نگه داشته شده نیز فاقد ماتریکس لنگراندازی یا Anchoring Matrix هستند که منجر به آپوپتوز می­شوند.

مهندسی بافت یک روش جایگزین برای کاردیومیوپلاستی محسوب می‏شود. استراتژی کلی در مهندسی بافت در راستای ترکیب بیومواد و سلول بوده و می‏تواند با چهار رویکرد صورت پذیرد.

1- مهندسی بافت در محل که در طی آن سلول ها به همراه بیومواد قابل تزریق به میوکاردیوم انفارکتوس شده تزریق می‏گردند.

 2- مهندسی بافت قلب به صورت Invitro  که کاردیومیوست ها در سازهای بافتی سه بعدی کاشته میشوند تا قابلیت انقباض بافت را بهبود بخشند.

3- مهندسی بافت بصورت بارگذاری سلولهای بنیادی در سازه ی بافتی و در نهایت ایمپلنت آن در شرایط invitro خصلت بازیابی میوکاردیوم.

4-مهندسی بافت صفحات سلولی که بدون نیاز به داربست تجمع پیدا می­کنند تا برای بازیابی قلبی مورد استفاده قرار گیرند.

ترکیب سلول با بیومتریا ل قابل تزریق می­تواند مانایی سلول را به این علت که سوسپانسیون سلول/بیومتریا ل دارای ویسکوزیته­ی بالاتری نسبت به سوسپانسیون نمکی می­باشد، ارتقا بدهد. استفاده از بیومتریا ل می­تواند مانایی سلول را افزایش بدهد. چرا که سلول­ها می­توانند به بیوماده بچسبند و در نتیجه آپوپتوزیس کاهش یابد.

بیومتریال همچنین می­تواند به عنوان یک وزیکول برای رهایش مولکول­های درمانی مورد استفاده قرار بگیرد. بیومتریال قابل تزریقی که در این روش می­توان از آنها بهره برد عبارتند از: فیبرین، کلاژن، ماتریژل، پپتیدهای خود جمع شونده یا Self assemble، کتیوسان آلژنیات. سلول­های مورد استفاده نیز شامل میوبلاست­ها، سلول­های اندوتلیال، سلول­های تک هسته­ای مغز استخوان، MSCها یا سلول­های بنیادی فرانشیمال و کاردیومیوسیت­های جنینی می­باشند.

در ایده ی مهندسی بافت محدودیت هایی جهت کاربرد بیومتریالها گزارش شد:

1- بیومتریا ل نمی‏تواند به سهولت ماتریکسی را برای اتصال سلول و نیز حمایت آن در برابر پاسخهای ایمنی فراهم آورد.

 2- بیومتریا ل­ها سبب تخریب ECM می­گردند که می­تواند سریعتر در شرایط in vivo صورت بپذیرد. البته این به نوبه خود سبب از بین رفتن ریز محیط حمایت­کننده­ی سلول­ها شده که در نهایت عدم بهبودی عملکرد قلبی را برای مدت طولانی به دنبال خواهد داشت.

 3- این بیومواد به آهستگی ژل مانند می‏شوند.زمانی که بیومواد و سلول به رگ غنی از خون تزریق می‏شود انتظار می‏رود ژل شدن آن با سرعت انجام شود.چرا که سرعت پایین ژله‏ای شدن سبب انسداد رگها شده و باعث بروز نکروز بافتی می‏شود.

4-  سلولهای انگرفت شده به صورت جزایری که بطور مستقیم با بافت میوکارد سالم متصل نشده‏اند باقی می‏ماند که البته این مشکل با روش پیچ‏های قلبی مرتفع می‏ گردد که در آن سازه­های بافتی از توده­ی سلول­ها به قلب انفارکتوس شده اصطلاحاً وصله یا سرهم می­گردند.

هدف از مهندسی بافت و ساخت سازه‏های بافتی تولید منابع قابل انقباض و کاربردی برای ماهیچه‏ی طبیعی قلب می باشد  که بتوان آنها را برای عملکرد پمپاژی بکار برد. این سازه ها باید دارای خصوصیات مکانیکی مناسب, از جمله انعطاف پذیری کافی باشند .بعلاوه قادر به انتشار تکانه‏های الکتریکی باشد.ادغام سلولهای ایمپلنت شده با سلولهای بافت میزبان و همچنین ایجاد پاسخ همزمان با بافت‏های مجاور در طی سیستول و نیز ارتقای رگ زایی در سازه در راستای افزایش‏ مانایی سلول از نکات حائز اهمیت دیگر می باشد. سازه­های بافتی قلبی را می­توان با بذرپاشی کاردیومیوسیت­ها در داربست­های سه بعدی و سپس کشت دادن در شرایط مناسب جهت توسعه­ی هم ترازی سلولی، ارتباطات الکتریکی و ضربان مستقل در شرایط in vitro تشکیل داد. مواد مورد نیاز برای تولید داربست بیومتریال کاملاً زیست سازگار و زیست تخریب­پذیر می­باشد.

داربست می­بایست به صورت ایده­آل به سلول اجازه دهد تا فنوتیپ قابل انقباض خود را توسعه بخشیده و نیز بتواند با بقیه سلول­ها ارتباط برقرار کند. مواد طبیعی همچون کلاژن Collagen - Glycosaminoglycan، ژلاتین، فیبرین و آلژنیات، پلیمرهای مصنوعی تخریب­پذیر شامل PLGA، PCL، پلی گلیسرو و سباسات (PGS)، پلی­تری متیلن کربنات ـ کو ـ لاکتید پلی اورتان به عنوان موارد کاربرد برای تولید داربست مورد استفاده قرار گرفتند. داربست­های ژلی یک پیوند مناسب را به بافت ایجاد می­کند و می­تواند به راحتی به صورت­های پیچیده­ی هندسی نسبت به فرم­های پیش ساخته شکل پیدا کنند. فرم­های پیش ساخته و داربست­های نانوفیبری دارای ساختار، منافذ و جهت­گیری کنترل شده می­باشد[17].

کلاژن یک ماتریکس خارج سلولی مهم در مایوکاردیوم محسوب می­شود. کلاژن به عنوان ماتریکس در مهندسی بافت قلبی گزینه­ی مناسب و جذابی به حساب می­آید. Coupling با جفت­شدگی منظم سیگنال­های تولیدی ناشی از ضربان­های الکتریکی و انقباضات ماکروسکوپیک نقش بسیار مهمی را در سازمان­دهی، رشد، بلوغ و عملکرد میوکارد خودی یا native ایفا می­کند. استفاده از سیگنال­های الکتریکی به منظور تحریک و القای هم زمان سازه­ی بافتی تمایز و مجموع فعالیت­های عملکردی قلب را توسط مکانیزم­های فیزیولوژیکی وابسته، افزایش می­دهد.

هدف از کشت بافت، سهیم نمودن سازه­ی بافتی از این مشخصه­ها برای تولید معادل­های عملکردی برای میوکارد قلب، می­باشد. به این منظور بیورکتورها مورد نیاز هستند. بیورکتورها وظیفه­ی فراهم آوردن شرایط لازم در محیط invitro برای توسعه­ی سازه­ی بافتی با خصوصیات ذکر شده را برعهده دارند. به طور کلی بیورکتورها عملکردهای زیر را دارا می­باشند:

1 ـ قابلیت بذرپاشی به داربست وجود داشته باشد مخصوصاً اینکه سلول­ها به صورت یکنواخت روی آن قرار بگیرند.

2 ـ Mass transfer یا انتقال توده­ی جرم در سازه­ی بافتی امکان­پذیر باشد.

3 ـ داربست قادر به انتقال سیگنال­های حیاتی در طول سازه­ی بافتی باشد.

4 ـ قادر به حفظ شرایط کنترل شده در محیط کشت شده باشد. از این پارامترها می­توان به دما، pH، محتوای اکسیژن، موادغذایی و مولکول­های تنظیمی و... اشاره کرد.

مهندسی بافت فعلی دارای محدودیت­های زیادی می­باشد:

1 ـ سفتی سازه­های بافتی معمولاً مطابقت چندانی با میوکاردیوم محلی ندارد. چنین ریز محیطی در میوکارد که به لحاظ خصوصیات مکانیکی ناسازگار محسوب می­شود، به سلول­ها اجازه پیوند و بروز عملکرد مناسب در قلب انفارکتوس شده را نمی­دهد. همچنین این عدم مطابقت در سفتی به نحو مؤثری از تنش موجود بر دیواره­ی میوکارد نمی­کاهد و در نتیجه یک ریز محیط بیومکانیکی مشابه میوکارد را برای کاهش استاع قلبی بازسازی نخواهد شد.

2 ـ سازه­های بافتی تولید شده خصوصیات آنیزتوپی و نیز ویژگی­های ساختاری نانوفیبری مشابه با میوکارد را در ECM از خود نشان ندادند.

3 ـ سلول­ها زمانیکه در شرایط in vivo درون سازه بافتی ایمپلنت می­شوند، به دلیل رگ­زایی نامناسب و حیات­پذیری پائین سلول­ها در محیط ایشمی شده دارای پیوندها و اتصالات ضعیفی هستند.

می­توان گفت موفقیت مهندسی بافت قلب به تعامل سلول و داربست بستگی دارد. به نظر می­رسد استفاده از داربست­های زیست مقلد یا biomimetic که خصوصیات سودمند ECM را تقلید می­کنند توسعه­ی بافت را سهولت می­بخشد. داربست­های مهندسی بافت می­بایست به نحو مؤثری خصوصیت بیومکانیکی ماهیچه­ی قلبی را فراهم آورده و یک ریز محیط کاملاً مناسب را برای انگرفت سلول ایجاد کند تا سلول بتواند در قلب عملکرد خود را نشان دهد. همچنین از استرس و تنش وارد بر دیواره قلبی کاسته تا استاع قلبی را کاهش دهد. پلیمرهای تخریب­پذیر متداول استفاده شده مانند پلی­لاکتید و نیز کوپلیمرها برای این منظور به علت سفتی آنها مناسب نیست.

چرا که ماهیچه­ی قلب، بافتی بسیار نرم و انعطاف­پذیر می­باشد. داربست­های برمبنای ECM خالص شده یا بافت زدایش سلولی شده دارای خصوصیات مکانیکی محدود شده­ای، به ویژه در خصوص رفتار الاستیک می­باشند. یکی از رویکردها استفاده از الاستومرهای موجود برمبنای پلی­استرها و پلی­اورتان­ها هستند. این دسته از مواد دارای اتصالات عرضی شیمیایی و فیزیکی هستند. یکی از مزایای چنین الاستومرهایی این است که می­توان آنها را با استراتژی­های Solvent - Based مانند جدایش فازی، الکترواسپینیگ (electro spinning) پردازش کرد.

چرا که این دسته از داربست­ها قادرند تنش وارد بر میوکارد انفارکتوس شده را کاهش دهند. در میوکارد پروتئین­های حاضر در ECM به شکل فیبری و با قطرهای معادل چندین هزار نانومتری هستند. داربست­هایی با ساختارهای مشابه تقریبی بهتر نسبت به انواع غیر فیبری می­باشند. بهترین روش برای پردازش داربست­های نانو فیبری، روش electro spinning می­باشد. یکی از مزایای این روش تولید داربست­هایی با هم ترازی بالاست. استفاده از چنین داربست­هایی برای مهندسی بافت نرم قلب، نه تنها به خاطر تقلید مورفولوژی نانوفیبری میوکارد بلکه به دلیل ایجاد مشابهت در خصوصیات آنیزوتوپی مکانیکی و ساختاری ماهیچه­ی قلب بسیار مناسب می­باشد.

زمانیکه پچ­های قلبی درون قلب انفارکتوس شده کاشته می­شود، بزرگترین چالش فیکس شدن آن در قلب است. مطالعات گذشته اثبات کردند که بیشترین سلول­ها در سازه بافتی در عرض دو هفته بعد ایمپلنت شدن میمیرند که این امر به دلیل محیط ایشمیک و فقدان رگ­زایی می­باشد. رگ زایی تدریجی بعد از ایمپلنت شدن یکی از مهمترین کلیدهای موفقیت مهندسی بافت قلب محسوب می­شود. با این حال پدیده 1 تا 2 هفته طول می­کشد. زنده ماندن سلول نیز در این مدت امری بحرانی در مهندسی بافت می­باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست منابع:

1. R.E. Bittner, C. Sch&ouml fer, K. Weipoltshammer, S. Ivanova, B. Streubel, et al., Recruitment of bone-marrow-derived cells by skeletal and cardiac muscle in

adult dystrophic mdx mice, Anat. Embryol. 199 (1999) 391–396.

 

 

2. J. Yu, M.A. Vodyanik, K. Smuga-Otto, J. Antosiewicz-Bourget, J.L. Frane, S. Tian, et al., Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells, Science 318 (2007) 1917–1920.

 

 

3.I. Park, R. Zhao, J.A. West, A. Yabuuchi, H. Huo, T.A. Ince, et al., Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors, Nature 451 (2008) 141–146 .

 

 

4. V. Planat-Benard, J. Silvestre, B. Cousin, M. André, M. Nibbelink, R. Tamarat, et al., Plasticity of human adipose lineage cells toward endothelial cells: physiological

and therapeutic perspectives, Circulation 109 (2004) 656–663.

 

 

5 .A.P. Beltrami, K. Urbanek, J. Kajstura, S.M. Yan, N. Finato, R. Bussani, et al., Evidence that human cardiac myocytes divide after myocardial infarction, N.

Engl. J. Med. 344 (2001) 1750–1757.

 

 

6. M. Radisic, H. Park, F. Chen, J.E. Salazar-Lazzaro, Y. Wang, R. Dennis, et al., Biomimetic approach to cardiac tissue engineering: oxygen carriers and channeled scaffolds, Tissue Eng. 12 (2006) 2077–2091.

 

 

7. Schmidt CE. Baier JM. Acellular vascular tissues: natural biomaterials for tissue repair and tisstie engineering. BioniiiieriaK 20()():2i(::)r22l5-22.^l.

 

8. Heart valve tissue ens^ineerins,Stefan Neuenschwander'. Simon P. Hoerslrup"-^*

•'Dfpariim-iil of Sttr^iicil Research. Vnirersiiy Hosiy'iutl Ziirich. Rdmislrassi' 100. CH fiOVI ZiirUh. ."iwiizerktiul

 

 

 

9 . S.Davani,A.Marandin,N.Mersin, B.Royer, B.Kantelip, P.Hervé, et al.,Mesenchymal progenitor cells differentiate into an endothelial phenotype, enhance vascular density, and improve heart function in a rat cellular cardiomyoplasty model, Circulation 108 (2003) II253–II258.

 

10 . T.J. Nelson, A. Martinez-Fernandez, S. Yamada, C. Perez-Terzic, Y. Ikeda, A. Terzic,Repair of acute myocardial infarction by human stemness factors induced pluripotent stem cells, Circulation 120 (2009) 408–416.           

 

 

 

 

 

 

 

خواندن 2325 دفعه
برای ارسال نظر وارد سایت شوید