تراشه‌ای با سلول‌های قلبی که همانند انسان می‌تواند سکته کند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، مهندسان زیست‌پزشکی دانشگاه تافتس آمریکا تراشه‌ای ابداع کرده‌اند که حاوی سلول‌های قلبی است و همانند قلب انسان به ویژه در زمانی که یکی از شریان‌های اصلی‌اش مسدود می‌شود، سکته می‌کند.

محققان دانشگاه تافتس آمریکا این تراشه را به نوعی ساخته‌اند که چندین ردیف حسگر الکترونیکی در خارج و داخل آن قرار گرفته‌اند و می‌توانند افزایش و افت ولتاژ را در غشای سلول‌ها به طور جداگانه و همچنین امواج ولتاژ در حال حرکت در لایه سلولی را نشان دهد. این امواج ولتاژی در زمان حرکت در سلول ایجاد ضربان در تراشه می‌کنند و این ضربان دقیقا شبیه به ضربان قلب انسان است.

علاوه براین، از آنجا که این تراشه حاوی ریزسیال است، زمانی که سطح اکسیژن در مایع آن کاهش پیدا می‌کند، حسگر‌ها دوره اولیه تندتپشی یا تاکی‌کاردی (بیشتر شدن تعداد ضربان قلب به بیش از حد بهنجار که عموما بیش از ۱۰۰ ضربه در دقیقه است) را تشخیص می‌دهند و به تقلید از قلب، به دنبال آن میزان ضربان را کاهش می‌دهند و در نهایت منجر به ایست قلبی می‌شوند.

این تحقیق پیشرفت قابل توجهی در درک چگونگی حملات قلبی در سطح سلولی به شمار می‌رود و محققان را به توسعه دارو‌هایی در این زمینه سوق خواهد داد.

گفتنی است که بیماری قلبی عروقی، عامل اصلی مرگ در سراسر جهان به شمار می‌رود و البته بیشتر این افراد مبتلا به ایسکمی قلبی هستند؛ یعنی شریانی که خون را به قلب منتقل می‌کند، به صورت جزئی یا کامل مسدود می‌شود. اگر ایسکمی در طی یک دوره طولانی اتفاق بیفتد، بافت قلب دچار کمبود یا گرسنگی اکسیژن می‌شود که به آن هیپوکسی گفته می‌شود و در نهایت آن بافت از بین می‌رود.

تغییر در سلول‌ها و بافت‌های قلبی ناشی از هیپوکسی با تغییر پتانسیل‌های ولتاژ در غشای سلولی، آزاد شدن انتقال‌دهنده‌های عصبی، تغییر در بیان ژن، عملکرد‌های متابولیکی تغییر یافته و فعال یا غیرفعال کردن کانال‌های یونی همراه است.

در این تراشه جدید ریزسیالی یک فناوری زیست حسگر به کار رفته است که شامل چندین ردیف الکترود می‌شود که کاهش و افزایش ولتاژ را به صورت الگووار فراهم می‌کنند و همچنین شامل پروب‌های نانوستونی می‌شود که وارد غشا می‌شوند تا سطح ولتاژ را در هر سلول بازخوانی کنند.

کانال‌های ریزی نیز در تراشه به کار رفته که به محققان اجازه می‌دهد به طور مداوم و دقیق، مایع موجود در سلول‌ها را تنظیم کنند و سطح اکسیژن را در حدود یک الی چهار درصد کاهش دهند تا چیزی شبیه به هیپوکسی در قلب را تقلید کنند یا اکسیژن را به ۲۱ درصد برسانند تا آن را به شرایط عادی برگردانند. در واقع با این کار، آنچه در قلب در حین سکته قلبی رخ می‌دهد و آنچه که باعث می‌شود سلول‌های قلب در هنگام انسداد شریان انجام دهند، مدل‌سازی می‌شود. حتی اتفاقاتی که با درمان رخ می‌دهند نیز مدل‌سازی می‌شوند.

به گفته محققان، تاکنون چندین مدل «قلب روی یک تراشه» توسط محققان ساخته شده است. این تراشه‌ها ابزاری قدرتمند برای درک بیماری قلبی به شمار می‌روند، اما مطالعه الکتروفیزیولوژی روی آن‌ها میسر نیست، زیرا در زمان ایجاد سکته قلبی روی آنها، سلول‌های قلبی دچار آسیب می‌شوند. در حالی که تراشه جدید محققان دانشگاه تافتس می‌تواند اطلاعات بسیاری را همزمان از مجموعه‌ای بزرگی از سلول‌ها ثبت کند و یک حمله قلبی واقعی را به وجود آورد.