الأنسجة القلبية البشرية المهندسة

تُنتج أنسجة القلب البشرية المهندسة عن طريق التلاعب التجريبي بالخلايا الجذعية متعددة القدرات، مثل الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ومؤخراً ، الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات المستخرج كلاها من خلايا عضلة القلب البشرية Turnbull IC, Karakikes I, Serrao GW, Backeris P, Lee JJ, Xie C, Senyei G, Gordon RE, Li RA, Akar FG, Hajjar RJ, Hulot JS, Costa KD (Feb 2014). "Advancing functional engineered cardiac tissues toward a preclinical model of human myocardium". FASEB Journal. 28 (2): 644–54. doi:10.1096/fj.13-228007. PMC 3898643. PMID 24174427. Tiburcy M, Zimmermann WH (Jan 2014). "Modeling myocardial growth and hypertrophy in engineered heart muscle". Trends in Cardiovascular Medicine. 24 (1): 7–13. doi:10.1016/j.tcm.2013.05.003. PMID 23953977. Tulloch NL, Murry CE (Nov 2013). "Trends in cardiovascular engineering: organizing the human heart". Trends in Cardiovascular Medicine. 23 (8): 282–6. doi:10.1016/j.tcm.2013.04.001. PMC 3791174. PMID 23722092 Zhang D, Shadrin IY, Lam J, Xian HQ, Snodgrass HR, Bursac N (Jul 2013). "Tissue-engineered cardiac patch for advanced functional maturation of human ESC-derived cardiomyocytes". Biomaterials. 34 (23): 5813–20. doi:10.1016/j.biomaterials.2013.04.026. PMC 3660435. PMID 23642535. Mummery CL, Zhang J, Ng ES, Elliott DA, Elefanty AG, Kamp TJ (Jul 2012). "Differentiation of human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells to cardiomyocytes: a methods overview". Circulation Research. 111 (3): 344–58. doi:10.1161/CIRCRESAHA.110.227512. PMC 3578601. PMID 22821908.، و بعد ذلك ، زاد الاهتمام بهذه الأنسجة القلبية المهندسة حيوياً بسبب استخدامها المحتمل في أبحاث القلب والأوعية الدموية والعلاجات السريرية، حيث توفر هذه الأنسجة نموذجًا فريدًا في المختبر لدراسة فسيولوجيا القلب مع ميزة خاصة بالأنواع على الخلايا الحيوانية المستزرعة في الدراسات التجريبية و تمتلك أنسجة القلب البشرية المهندسة أيضًا قدرات علاجية لتجديد عضلة القلب في الجسم الحي ، ايضاً توفر أنسجة القلب البشرية المهندسة مورداً قيماً لإعادة إنتاج التطور الطبيعي لنسيج القلب البشري ، وفهم تطور أمراض القلب والأوعية الدموية البشرية، وقد تقود إلى علاجات هندسية قائمة على الأنسجة لمرضى الأمراض القلبية الوعائية.

 كيفية توليد أنسجة القلب البشرية المهندسة 
الخلايا الجذعية الجنينية البشرية و الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات هي الخلايا الأولية المستخدمة لتوليد أنسجة القلب البشرية المهندسة ، و يتم تخليق الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات من خلايا عضلية القلب من خلال زرع الخلايا في بيئة تحتوي على وسطاء جزيئات صغيرة (مثل السيتوكينات وعوامل النمو والنسخ) وWang H, Cao N, Spencer CI, Nie B, Ma T, Xu T, Zhang Y, Wang X, Srivastava D, Ding S (Mar 2014). "Small molecules enable cardiac reprogramming of mouse fibroblasts with a single factor, Oct4". Cell Reports. 6 (5): 951–60. doi:10.1016/j.celrep.2014.01.038. PMC 4004339. PMID 24561253. Soong PL, Tiburcy M, Zimmermann WH (Jun 2012). "Cardiac differentiation of human embryonic stem cells and their assembly into engineered heart muscle". Current Protocols in Cell Biology. Chapter 23: 23.8.1–23.8.21. doi:10.1002/0471143030.cb2308s55. PMID 23129117.يتضمن تحويل الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات المستخرجة من خلايا عضلة القلب إلى أنسجة قلب بشرية مهندسة استخدام سقالات الأنسجة ثلاثية الأبعاد لتقليد البيئة الفسيولوجية الطبيعية للقلب و  Tulloch NL, Muskheli V, Razumova MV, Korte FS, Regnier M, Hauch KD, Pabon L, Reinecke H, Murry CE (Jun 2011). "Growth of engineered human myocardium with mechanical loading and vascular coculture". Circulation تعتبر هذه السقالة ثلاثية الأبعاد جنبًا إلى جنب مع الكولاجين مكون رئيسي في مصفوفة القلب خارج الخلية  Weber KT, Janicki JS, Shroff SG, Pick R, Chen RM, Bashey RI (Apr 1988). "Collagen remodeling of the pressure-overloaded, hypertrophied nonhuman primate myocardium". Circulation Research. 62 (4): 757–65. doi:10.1161/01.res.62.4.757. PMID 2964945.و توفر الظروف المناسبة لتعزيز تنظيم عضلة القلب ونموها وتمايزها.

 خصائص انسجة القلب البشرية المهندسة 
على المستوى داخل الخلايا ، تُظهر أنسجة القلب البشرية المهندسة العديد من السمات الهيكلية الأساسية لخلايا عضلة القلب ، بما في ذلك الأورام اللحمية المنظمة ، وتقاطعات الفجوات ، والشبكة الهيوليه العضلية ، ومع ذلك يعتبر توزيع وتنظيم هذه السمات الهيكلية هو سمة من سمات أنسجة عضلة القلب للأطفال حديثي الولادة و ليس عضلة قلب الإنسان البالغ . وتُظهر أنسجة القلب البشرية المهندسة مستويات مقاربة من جينات القلب الرئيسية (بروتين ميوسين و الشبكة الإندوبلازمية والهيوليه العضلية و الأكتين القلبي ألفا) التي تظهر في قلب الإنسان البالغ.
وعلى غرار خصائص العلاج بالصدمات الكهربائية من نماذج حيوانية تنبض Zimmermann WH, Fink C, Kralisch D, Remmers U, Weil J, Eschenhagen T (Apr 2000). "Three-dimensional engineered heart tissue from neonatal rat cardiac myocytes". Biotechnology and Bioengineering. 68 (1): 106–14. doi:10.1002/(SICI)1097-0290(20000405)68:1<106::AID-BIT13>3.0.CO;2-3. PMID 10699878. Zimmermann WH, Schneiderbanger K, Schubert P, Didié M, Münzel F, Heubach JF, Kostin S, Neuhuber WL, Eschenhagen T (Feb 2002). "Tissue engineering of a differentiated cardiac muscle construct". Circulation Research. 90 (2): 223–30. doi:10.1161/hh0202.103644. PMID 11834716انسجة القلب البشرية المهندسة تلقائيًا وتعيد تكوين العديد من الاستجابات الفسيولوجية الأساسية لعضلة القلب الطبيعية ، مثل آلية فرانك ستارلينج والحساسية للكالسيوم . وفي المقابل تُظهر أنسجة القلب البشرية المهندسة استجابات تعتمد على الجرعة لبعض الأدوية ، مثل التغيرات المورفولوجية في إمكانات العمل بسبب حاصرات القنوات الأيونيةSchaaf S, Shibamiya A, Mewe M, Eder A, Stöhr A, Hirt MN, Rau T, Zimmermann WH, Conradi L, Eschenhagen T, Hansen A (2011). "Human engineered heart tissue as a versatile tool in basic research and preclinical toxicology". PLOS ONE. 6 (10): e26397. doi:10.1371/journal.pone.0026397. PMC 3197640. PMID 22028871. ، وتعديل الخصائص الانقباضية بواسطة عوامل مؤثرة في التقلص العضلي .

 التجارب السريرية و التطبيق 
حتى مع التقنيات الحالية ، فإن بنية ووظيفة أنسجة القلب البشرية المهندسة تكون على مستوى عضلة القلب عند حديثي الولادة أكثر من عضلة القلب لدى البالغين ومع ذلك ، فقد أدت التطورات المهمة إلى إنتاج بقع أنسجة القلب البشرية المهندسة لإصلاح عضلة القلب في النماذج الحيوانية Stevens KR, Kreutziger KL, Dupras SK, Korte FS, Regnier M, Muskheli V, Nourse MB, Bendixen K, Reinecke H, Murry CE (Sep 2009). "Physiological function and transplantation of scaffold-free and vascularized human cardiac muscle tissue". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (39): 16568–73. doi:10.1073/pnas.0908381106. PMC 2746126. PMID 19805339. Lesman A, Habib M, Caspi O, Gepstein A, Arbel G, Levenberg S, Gepstein L (Jan 2010). "Transplantation of a tissue-engineered human vascularized cardiac muscle". Tissue Engineering. Part A. 16 (1): 115–25. doi:10.1089/ten.TEA.2009.0130. PMID 19642856.واستخدامها في النماذج المختبرية لفحص الأدوية ، و يمكن أيضًا استخدام أنسجة القلب البشرية المهندسة في نموذج تجريبي للأمراض القلبية الوعائية باستخدام التلاعب الجيني و الإخصاب الصناعي ، و في نماذج حيوانية من احتشاء عضلة القلب de Lange WJ, Hegge LF, Grimes AC, Tong CW, Brost TM, Moss RL, Ralphe JC (Jun 2011). "Neonatal mouse-derived engineered cardiac tissue: a novel model system for studying genetic heart disease". Circulation Research. 109 (1): 8–19. doi:10.1161/CIRCRESAHA.111.242354. PMC 3123426. PMID 21566213.، يقلل حقن أنسجة القلب البشرية المهندسة في قلوب الجرذانMin JY, Yang Y, Converso KL, Liu L, Huang Q, Morgan JP, Xiao YF (Jan 2002). "Transplantation of embryonic stem cells improves cardiac function in postinfarcted rats". Journal of Applied Physiology. 92 (1): 288–96. doi:10.1152/jappl.2002.92.1.288. PMID 11744672. والفئران  Kolossov E, Bostani T, Roell W, Breitbach M, Pillekamp F, Nygren JM, Sasse P, Rubenchik O, Fries JW, Wenzel D, Geisen C, Xia Y, Lu Z, Duan Y, Kettenhofen R, Jovinge S, Bloch W, Bohlen H, Welz A, Hescheler J, Jacobsen SE, Fleischmann BK (Oct 2006). "Engraftment of engineered ES cell-derived cardiomyocytes but not BM cells restores contractile function to the infarcted myocardium". The Journal of Experimental Medicine. 203 (10): 2315–27. doi:10.1084/jem.20061469. PMC 2118112. PMID 16954371.حجم الاحتشاء ويحسن وظائف القلب وانقباضه.
كدليل على المبدأ ، تم زرع خلايا من أنسجة القلب البشرية المهندسة في الفئران بعد احتشاء عضلة القلب حيث نتج عن ذلك تأثيرات إيجابية على وظيفة البطين الأيسر ، ويتم حالياً البحث في إمكانية استخدام أنسجة القلب البشرية المهندسة في توليد Zimmermann WH, Melnychenko I, Wasmeier G, Didié M, Naito H, Nixdorff U, Hess A, Budinsky L, Brune K, Michaelis B, Dhein S, Schwoerer A, Ehmke H, Eschenhagen T (Apr 2006). "Engineered heart tissue grafts improve systolic and diastolic function in infarcted rat hearts". Nature Medicine. 12 (4): 452–8. doi:10.1038/nm1394. PMID 16582915.صمامات القلب المهندسة للأنسجة لتحسين التركيبات الحالية لصمامات القلب في الدراسات التي أجريت على الحيوانات الحية، و مع تقدم تكنولوجيا هندسة الأنسجةPucéat M (Apr 2013). "Embryological origin of the endocardium and derived valve progenitor cells: from developmental biology to stem cell-based valve repair". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1833 (4): 917–22. doi:10.1016/j.bbamcr.2012.09.013. PMID 23078978. للتغلب على القيود الحالية ، تعد أنسجة القلب البشرية المهندسة وسيلة واعدة لاكتشاف الأدوية التجريبية والفحص ونمذجة المرض والإصلاح في الجسم الحي.

 انظر أيضًا 
 خلايا جذعية
 علاج بالخلايا الجذعية

 المراجع 

تصنيف:أبحاث الخلايا الجذعية
تصنيف:اختصاصات طبية
تصنيف:إطالة الحياة
تصنيف:تقانات ناشئة
تصنيف:جسم الإنسان
تصنيف:خلافات طبية
تصنيف:خلايا جذعية
تصنيف:علاجات طبية
تصنيف:علوم الصحة
تصنيف:مصطلحات طبية