شبیه سازی حیرت انگیز محیط روده انسان روی تراشه - وبلاگ ادکلن شنل

به گزارش وبلاگ ادکلن شنل، ایرنا نوشت: محققان به تازگی پیروز به شبیه سازی محیط روده بدن انسان روی تراشه برای مطالعه اثرات سمی جیوه شدند.

مقاله ای با عنوان Gut-on-a-chip for exploring the transport mechanism of Hg(II) در نشریه Microsystems & Nanoengineering چاپ شده است که در آن محققان جزییات مربوط به ساخت ابزاری به نام روده روی تراشه را تشریح کردند.

دانشمندان در این پروژه پیروز شدند تا ریزمحیط سلولی را با اعمال تنش برشی سیال و کرنش مکانیکی چرخه ای بازسازی نمایند.

لی وانگ و همکارانش در این مقاله نشان دادند که این ابزار، روده روی تراشه بوده و با حسگرهای مقاومت الکتریکی ترانس اپیتلیال و حسگرهای الکتروشیمیایی ادغام شده است.

پژوهشگران چینی جذب جیوه و آسیب فیزیکی ناشی از این عنصر سمی روی سلول های اپیتلیال را به وسیله عملکرد حسگرهای الکتروشیمیایی پس از قرار دادن آنها در معرض سلول های روده ای که تحت غلظت های مختلف جیوه مخلوط شده در محیط کشت سلولی رشد می کردند، مورد مطالعه قرار دادند.

براساس گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، یون های جیوه غیرقابل تجزیه هستند و می توانند در غلظت های پایین در بدن تجمع نموده و به اندام های اصلی آسیب برسانند. یون های سمی جیوه می توانند با اجزای آنتی اکسیدان، آنزیم های ترمیم نماینده DNA و پروتئین ها در سطح درون سلولی تعامل داشته باشند تا هموستاز سلولی را مختل نمایند و ساختار و عملکرد سلولی نامنظم ایجاد نمایند.

در حالی که جذب جیوه بیشتر در روده کوچک اتفاق می افتد، سطوح بالای مصرف جیوه می تواند باعث خونریزی داخلی در یک بازه زمانی کوتاه گردد. مصرف طولانی مدت غلظت کم یون های جیوه نیز می تواند منجر به بیماری های مزمن روده گردد. اپیتلیوم روده یک مانع اولیه برای محدود کردن نفوذ جیوه بلعیده شده در جریان خون و کاهش اثرات مضر آن ایجاد می نماید.

یک مدل روده معقول برای کشف مکانیسم های انتقال جیوه در آزمایشگاه از اهمیت بالایی برخوردار است. اگرچه مدل های حیوانی و کشت های سلولی ساکن به طور سنتی برای مطالعه جذب روده ای و انتقال جیوه استفاده می شوند، این مدل ها به طور مؤثری ریزمحیط روده را برای تقلید از روده زنده شبیه سازی نمی نمایند.

در این آنالیز، محققان یک مدل روده روی یک تراشه ادغام شده با حسگرهای بدون برچسب را توسعه دادند تا تغییرات مقاومت الکتریکی ترانس اپیتلیال را در طول رفتار سلولی جذب جیوه به صورت غیر تهاجمی نظارت کند. این تیم ویژگی های کلیدی روده را به وسیله میزان گیری های الکتریکی و مطالعات ایمونوهیستوشیمی شناسایی کردند تا تأثیر آن بر کانال های یونی حسی مکانیکی را ارزیابی نمایند.

این تیم تحقیقاتی تراشه ای ساختند که رفتار مکانیکی مشابه روده زنده را نشان داد و جریان مایع و کشش مکانیکی چرخه ای را معرفی کرد. به عنوان مثال، تنش برشی تقریبی 0.02 dyne/cm2 جریان مایع مورد احتیاج برای مورفوژنز اپیتلیال روده را فراوری کرد. بر اساس محاسبات اضافی بر روی تراشه اندام، این تیم سرعت جریان 160 میکرولیتر در ساعت را برای ابعاد متناظر تنش برشی به دست آورد.

آنها سپس دینامیک کرنش/تنش کششی را به وسیله تجزیه و تحلیل اجزای محدود شبیه سازی کردند تا اثرات پارامترها بر خواص فیزیکی این ابزار از جمله قطر حفره های آن و تأثیر آن ها را با تجزیه و تحلیل فعالیت کاتالیزوری آلکالین فسفاتاز درک نمایند.

ابزار روده روی یک تراشه ساختارهای شبیه پرزهای روده بیومیمتیک برای حفظ یکپارچگی سد بافتی ارائه می دهد و نشان دهنده یک روده مصنوعی شبیه به بافت فیزیولوژیک انسان است.

در قدم بعد محققان سلول ها را در شرایط کشت استاتیک در معرض جیوه قرار دادند تا روند مرگ سلولی را درک نمایند. نتایج نشان داد که فعالیت لاکتات دهیدروژناز (LDH) با گذشت زمان در سیستم افزایش می یابد تا اثرات مساوی سم را در هر دو محیط کشت سلولی نشان دهد. با این حال، درجه آسیب بین دو محیط کشت فرق دارد. به عنوان مثال، بیان LDH در کشت استاتیک در مقایسه با کشت سلولی پویا پس از اضافه شدن جیوه، بیشتر بود.

به این ترتیب، لی وانگ و همکارانش یک دستگاه روده روی تراشه ادغام شده با حسگرهای مقاومت الکتریکی ترانس اپیتلیال و چندین حسگر الکتروشیمیایی برای انتقال جیوه در روده انسان در شرایط آزمایشگاهی ایجاد کردند. دینامیک این تراشه مانع فیزیکی روده و ریزمحیط آن را برای مشاهده انتقال جیوه در زمان واقعی تقلید کرد. این تیم در نظر دارد مکانیسم های دیگری را که زمینه ساز بیماری های روده انسان است با استفاده از تراشه ها مجهز به سیستم های زیستی آنالیز کند.

5858