عضيات القلب خداع مع الأسلاك النانوية المستعادة وظيفة القلب في الفئران

كانت النقط الصغيرة العائمة للقلوب الصغيرة مستوحاة من فرانكشتاين مباشرة. يتكون قلب سايبورغ من مزيج من الخلايا الجذعية البشرية ورشها من أسلاك السيليكون النانوية ، وهو يضخ بشكل غريب بعيدًا أثناء نموه داخل أطباق بتري.

عند زرعها في الفئران المصابة بجروح في القلب ، فقدوا شكلها الكروي ، وانتشروا في المناطق التالفة واتصلوا بخلايا قلب المضيف. في غضون شهر ، استعادت الفئران الكثير من وظائف القلب.

إنه ليس خيال علمي. كشفت دراسة جديدة ربط هذا الشهر المكونات الكهربائية الرقمية بالخلايا البيولوجية في عضوي سايبورغ الذي ، عند زرعه في نماذج حيوانية لفشل القلب ، يندمج مع القلوب الحية النابضة ويصلحها.

في قلب التكنولوجيا (السعال ، التورية المقصودة) توجد أسلاك نانوية من السيليكون قابلة للتحلل الحيوي كهربائيًا. تزامن خلايا القلب حركتها مع إيقاع النشاط الكهربائي ، وتنتج الإيقاع القياسي "ba-bump، ba-bump". كانت جرعة من الأسلاك النانوية في العضيات بمثابة موصل للسمفونية ، مما يسمح للقلوب المصغرة المزروعة في المختبر بالتزامن بشكل أفضل مع مضيفيها.

بالمقارنة مع عضيات القلب القياسية - التي نمت بنفس الطريقة تمامًا ولكن بدون تعزيز الأسلاك النانوية - يمكن للعضو السايبورغ أن يتحمل بشكل أفضل البيئة الكيميائية المعادية داخل القلب بعد نوبة قلبية. كما أنهم متصلون بشكل أفضل بمضيفيهم أثناء التعافي ، ويقاومون الآثار الجانبية الضارة التي غالبًا ما تظهر بعد إصابات القلب.

في الوقت الحالي ، لا تعمل عملية زرع عضويات القلب السايبورغ إلا في الفئران. لكنها مجرد بداية.

هارتستوبر

القلب جندي. منذ الولادة وحتى الوفاة ، يتقلص ويطلق بجدية ليضخ الدم المليء بالأكسجين إلى باقي الجسم. إنها أعجوبة بيولوجية ، استمرت بأمانة لأكثر من 100 عام عند المعمرين - أطول بكثير من معظم بدائل الأجهزة التي صنعها الإنسان.

ومع ذلك ، فإن القلب هو أيضًا نقطة فشل. أمراض القلب هي السبب الرئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم. السبب الرئيسي هو أن خلايا عضلة القلب - "الخلايا العضلية" للقلب التي تنقبض - لديها قدرة محدودة للغاية على التجدد. عندما يتضرر من نوبة قلبية ، ينمو النسيج الندبي تدريجيًا حول المناطق المصابة ، مما يحد في النهاية من قدرة القلب على الانقباض.

لطالما سعى العلماء إلى علاج أمراض القلب بخلايا جديدة وصحية. تتمثل إحدى الأفكار الشائعة في توجيه الخلايا الجذعية البشرية لتتطور إلى خلايا عضلة القلب البديلة. ثم يتم حقن خلايا عضلة القلب المخبرية في المناطق التالفة. اختبر العلماء العلاج في مجموعة من النماذج الحيوانية لأمراض القلب ، بما في ذلك القوارض والخنازير والرئيسيات غير البشرية. لكن الخلايا السليمة ، عندما تواجه بيئة معادية ، كافحت من أجل البقاء. أولئك الذين لم يتمكنوا من التعافي بشكل موثوق من تلف القلب ، مما أدى إلى مشاكل محتملة مع عدم انتظام ضربات القلب - ضربات القلب غير المنتظمة التي تحدث عندما لا تستطيع أجزاء مختلفة من القلب الخفقان في إيقاع متزامن.

أدخل العضويات. تحاكي هذه الهياكل بشكل فضفاض نظيراتها الأصلية في كل من جيناتها وأنواع الخلايا المتنوعة. تُستخدم النقط ثلاثية الأبعاد من الأنسجة ، التي نمت داخل أطباق المختبر ، على نطاق واسع كأعضاء بديلة لاختبار عقاقير جديدة أو تطوير نظريات حول كيفية عمل الأشياء داخل الجسم - على سبيل المثال ، كيفية إصلاح الضرر الناجم عن نوبة قلبية. لكن لديهم أيضًا القدرة على استبدال الأنسجة التالفة - وهو شيء يجري استكشافها بالفعل For إصابات الدماغ.

هل ستعمل أيضًا مع القلب؟

مرة أخرى في 2017، تصوّر الفريق قلبًا مصغرًا - يسمى عضويًا قلبيًا - يجمع بين يخنة من أنواع مختلفة من الخلايا. عندما يتم خلطها داخل وصفة مغذية "حساء" ، يتم تنظيم الخلايا في عضويات القلب المصغرة ، مثل شبكة من الأوعية الدموية التي تساعد على حمل الأكسجين. ومع ذلك ، كان هناك مكون رئيسي مفقود: التزامن. مثل الأوركسترا الموهوبة بدون قائد ، كانت القلوب المصغرة الناتجة بحاجة إلى "نبضة" للحفاظ على الإيقاع متناغمًا.

أدخل الأسلاك النانوية. تخيلهم على أنهم شعر خشن قصير تحلقه. هذه الخيوط من السحر التكنولوجي مصنوعة من السيليكون الذي يوصل الكهرباء. بالمقارنة مع الأسلاك النانوية السابقة المصنوعة من الذهب أو الكربون ، فهي أكثر توافقًا حيويًا وتذوب داخل الجسم.

ما يقرب من عقد من الزمان، وجد الفريق بشكل مفاجئ أن الأسلاك النانوية (تسمى e-SiNW) يمكنها تحفيز خلايا عضلة القلب البشرية المشتقة من الخلايا الجذعية لدمجها مع تطور الخلايا إلى كتل صغيرة. أدت إضافة جرعة من السيليكون إلى جعل القلوب المصغرة الناتجة أقوى ، مما سمح للخلايا العضوية المهندسة بالنبض إلى النغمة الكهربائية للقلب.

مكسور القلب

كاختبار أول ، قام الفريق بحقن الأسلاك النانوية مباشرة في قلوب الفئران السليمة. بعد 28 يوم (لا ليس هذا النوع من قصص الزومبي) ، سارت الفئران في طرقها السعيدة ، مما يعني أن الأسلاك النانوية كانت متوافقة حيوياً وآمنة.

بعد ذلك ، صنعوا "كرة لحم" مع ما يقرب من 1,000 خلية قلب مشتقة من الإنسان وعدد مماثل من الأسلاك النانوية ، مع جرعة كبيرة من الخلايا الداعمة المضافة بعد 10 أيام. بدأ القلب الصغير ينبض داخل طبق بتري في سبعة أيام فقط.

عند زرعها في فئران سليمة ، قامت كرات اللحم السايبورغ بتمزيق شكلها الكروي ببطء ، مما يشير إلى أنها كانت تندمج في بيئة قلب المضيف. في أقل من شهر ، شكلت القلوب الصغيرة - بأسلاكها النانوية - وصلات كهربائية متعددة بخلايا القلب الطبيعية للمضيف.

وقال الفريق إنه يظهر أن العضيات النانوية يمكن أن ترتبط بقلب ينبض باستخدام الكهرباء والأوعية الدموية.

ثم جاء الاختبار النهائي: إصلاح المشكلات بعد نوبة قلبية. هنا ، يكافح القلب للتعافي من نقص الدم والأكسجين ، غالبًا بسبب انسداد مثل تجلط الدم. بمجرد إزالة الانسداد ، يندفع الدم عبر الأوردة وغالبًا ما يتسبب في مزيد من الضرر. المحور الرئيسي هو البطين الأيسر في القلب - الجزء العلوي الأيسر من العضو. هذا هو "محرك" الجسم ، حيث يضخ الدم لدعم باقي الأنسجة. كما أنه من السهل أن يتضرر بسبب أمراض القلب ويخلق بيئة محلية معادية لعمليات الزرع الجديدة. (تخيل محاولة زرع أشجار جديدة داخل بركان نشط انفجر للتو).

في أحد الاختبارات ، قام الفريق بحقن عضيات سايبورغ ونظيراتها البيولوجية البحتة في الفئران بعد أربعة أيام من نوبة قلبية. كلتا الطعومتين مرتبطتين بمضيفيهما بعد أسبوع واحد فقط من الزرع. تتشابك العضويات ذات الأسلاك النانوية مع قلوب المضيف على مستوى أعلى بكثير حتى حول المناطق المتضررة بشدة بأنسجة ندبة.

قال الفريق إن هذه علامة على "قدرتهم على البقاء في أكثر المناطق عدائية" للقلب المتضرر.

استعادت الفئران التي أُعطيت غرسات سايبورغ وظائف أكثر بكثير من العضيات بدون الأسلاك النانوية. امتدت عملية إعادة البناء إلى ما وراء القلب نفسه فقط للمساعدة في التحكم في ضغط الدم. قال الفريق إنه من خلال استعادة التدفق السلس للدم ، فإن عملية الزرع "تزيد من الفعالية العلاجية" للقلوب البشرية المصغرة.

كانت الأسلاك النانوية أيضًا محببة للقلوب الصغيرة لمضيفيها. بعد 28 يومًا من العلاج ، كان لقلوب المضيف أنسجة ندبة أقل بكثير والتي ترتبط عادةً بفشل القلب. لعبت عمليات زرع السايبورغ دورًا جيدًا مع أجهزة المناعة لدى الفئران ، والتي عادةً ما تتزايد بعد نوبة قلبية. الخلايا المناعية الرئيسية المشاركة في العملية هي الضامة. يمكن أن تكون هذه الخلايا إما شياطين أو ملائكة ، مما يؤدي إلى استجابات مناعية قاتلة أو دعم الاستعادة. مقارنة بالعضويات غير السلكية ، صدم السايبورغ جزءًا من الخلايا المناعية "الملائكية" في مناطق الكسب غير المشروع والحدود للمساعدة في إصلاح وظيفة القلب المكسور.

هناك طريق طويل لنقطعه قبل ترجمة النتائج إلى البشر. ومع ذلك ، فإن النتائج هي أحدث دفعة إبداعية لاستخدام العضيات لإصلاح الأعضاء التالفة. لا يقتصر "التآزر العلاجي" بين المواد النانوية الكهربائية والأعضاء البشرية المصغرة على القلب. قال المؤلفون إن استراتيجية مماثلة يمكن استخدامها مع الأنسجة الأخرى النشطة كهربيًا مثل العضلات أو الدماغ.

الصورة الائتمان: تان وآخرون / تقدم العلوم

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2023/08/08/heart-organoids-tricked-out-with-nanowires-restored-heart-function-in-rats/