زرع الخلايا المعتمد على علم الموائع الدقيقة
زرع الخلايا المعتمد على علم الموائع الدقيقة

تتيح أجهزة الموائع الدقيقة دراسة عينات تتكون من خلية واحدة إلى بضع مئات من الخلايا ضمن بيئة ثلاثية الأبعاد. في المقابل، تحمل أوساط الزرع العيانية ثنائية الأبعاد خلايا يتراوح عددها من 104 إلى 107 خلية على سطح مستو. تسمح تقنيات علم الموائع الدقيقة أيضًا بخلق تدرج كيميائي وتدفق مستمر للوسائط الجديدة وبإجراء فحوص عالية الإنتاجية وتطبيق مباشر للأدوات التحليلية. بالإضافة إلى ذلك، تسمح مزارع الخلايا المعتمدة على الموائع الدقيقة المفتوحة، كالقنوات الدقيقة، بالتلاعب المادي المباشر بالخلايا ذات الماصات الدقيقة. تستخدم العديد من أنظمة الموائع الدقيقة الهلام المائي كبديل للمطرس خارج الخلوي، وهو مادة يمكن تعديلها وفقًا لسماكة الألياف وحجم المسام، وقد أثبتت التجارب نجاح نمو الخلايا السرطانية في هذه الأوساط. طور الباحثون مزارع خلايا ثلاثية الأبعاد خالية من الهلام للخلايا التي تنمو في بيئة كثيفة الخلايا أو بيئة فقيرة بالمواد خارج الخلوية. أثبتت هذه الأجهزة أنها مفيدة للغاية، ولكنها ما زالت تملك بعض العيوب، كالتصاق الخلايا بالسطح الذي يتكون من مركبات متعددة ثنائي ميثيل السيلوكسان وانتشار الجزيئات الصغيرة ضمن هذه المركبات وانجراف البوليمرات غير المتفاعلة منها ضمن وسط الزرع.
أدى استخدام أوساط الزرع الخلوية ثلاثية الأبعاد في أجهزة الموائع الدقيقة إلى مجال معني بدراسة نماذج تحاكي عمل عضو أو نسيج ما في الجسم على مستوى دقيق، أو ما يسمى بمجال دراسة العضو على رقاقة. استخدم التقرير الأول لأوساط الزرع المعتمدة على علم الموائع الدقيقة لدراسة سمية مستقلبات النفثالين على الكبد والرئة «فيرافايدا وآخرون». يمكن لهذه الأجهزة أن تطور نسخة مجردة من نظام يشبه العضو يمكن استخدامه لفهم العديد من العمليات البيولوجية. من خلال إضافة بُعد إضافي، سنستطيع خلق بنى خلوية أكثر تقدمًا كما سيصبح سلوك الخلية محاكيًا لديناميكيات الجسم الحي بشكل أكبر، إذ يمكن للخلايا الانخراط في اتصال مدعوم بالخلايا المجاورة، كما يمكن محاكاة تفاعلات المطرس خارج الخلوي. في هذه الأجهزة، يمكن للغرف، أو طبقات الكولاجين التي تحتوي على أنواع مختلفة من الخلايا، أن تتفاعل مع بعضها البعض لعدة أيام، بينما توفر القنوات المختلفة العناصر الغذائية اللازمة للخلايا. تتميز هذه الأجهزة بأنها تسمح لنا بمراقبة وظائف الأنسجة وتمييزها في ظل ظروف قابلة للضبط (على سبيل المثال، تأثير إجهاد القص على الخلايا أو تأثير الإجهاد الدوري أو القوى الأخرى)، لفهم الوظيفة الكلية للعضو بشكل أفضل. تعمل هذه النماذج ثلاثية الأبعاد بشكل أفضل على مستوى الجهاز الخلوي مقارنةً بالنماذج ثنائية الأبعاد، ومع ذلك، ما تزال تواجه بعض العقبات، وهذا يتضمن: تصوير الخلايا والتحكم في تدرج ما في النماذج الثابتة (أي بدون نظام تروية) وصعوبة إعادة تكوين الأوعية الدموية. على الرغم من هذه العقبات، ما تزال النماذج ثلاثية الأبعاد تستخدم كأدوات لدراسة الاستجابة للأدوية واختبارها في الأبحاث الدوائية. في السنوات الأخيرة، صممت أجهزة موائع دقيقة تعيد إنتاج المركب في شبكة وعائية دقيقة ضمن الجسم الحي. استخدم مبدأ دراسة العضو على الرقاقة لخلق أنظمة معقدة للغاية، كمحاكاة خلايا الرئة الظهارية في مجرى هوائي مكشوف، ما قدم لنا فكرة قيمة عن كيفية عمل الأنظمة والأنسجة متعددة الخلايا في الجسم الحي. تستطيع هذه الأجهزة إنشاء بيئة ثلاثية الأبعاد واقعية من الناحية الفيزيولوجية، وهو أمر مطلوب باعتباره أداة لاختبار الأدوية وتوصيلها ودراسة التفاعلات بين الخلوية وانتشار الأورام، وإلخ. في إحدى الدراسات، قام الباحثون بتنمية الخلايا السرطانية واختبروا توصيل دواء السيسبلاتين والريسفيراترول والتيرابازامين، ثم قاسوا تأثير الأدوية على حيوية الخلية.