SEOUL NATIONAL UNIVERSITY HOSPITAL

- محاكاة الاستجابة الالتهابية وتغيرات النفاذية في الحاجز الأوعية الدموية الدماغية باستخدام تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد

- إثبات تأثير ترتيب VE-cadherin على وظيفة الحاجز الأوعية الدموية الدماغية والالتهاب العصبي

[الرسم] محاكاة الحاجز الأوعية الدموية الدماغية: تكوين الهيكل الثنائي الطبقة لحاجز الأوعية الدموية الدماغية من خلال تركيب الخلايا الذاتي بين الخلايا المستمدة من الهيكل الأنبوبي باستخدام الحبر الحيوي للمصفوفة خارج الخلية الخاصة بالأوعية الدموية الدماغية وتقنية الطباعة الحيوية الثلاثية الأبعاد

أعلن فريق بحثي من مستشفى جامعة سيول الوطنية وPOSTECH أنّهما طوران مؤخرًا نموذج الثلاثي الأبعاد الذي يحاكي ’حاجز الأوعية الدموية الدماغية للإنسان(Blood-Brain Barrier, BBB)‘ بشكل تفصيلي. يحاكي هذا النموذج حاجز الأوعية الدموية الدماغية أكثر تفصيلاً من النموذج الثنائي الأبعاد التقليدي باستخدام تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد ويُتوقع أن يلعب دورًا مهمًا في أبحاث الأمراض التنكسية العصبية وتطوير طريقة العلاج الجديد الخاصة بها.

يلعب حاجز الأوعية الدموية الدماغية دور غشاء واق مهم يقع بين الدماغ والأوعية الدموية. يحمي هذا الحاجز الدماغ من المواد الضارة ويوفر العناصر الغذائية الضرورية والأكسجين. ولكن يتلف حاجز الأوعية الدموية الدماغية أو يصاب بالالتهابات لدى الأمراض التنكسية العصبية مثل الزهايمر، باركنسون، التصلب الجانبي الضموري(ALS) وتتفاقم الأمراض. كان من الضروري تطوير نموذج أكثر دقة لحاجز الأوعية الدموية الدماغية للفهم على ذلك وللبحث عن طريقة العلاج المفعول.

طور فريق بحثي من البروفيسور بايك سيون-ها من مستشفى جامعة سيول الوطنية والبروفيسورة جانج جين-آه من POSTECH (برنامج الدكتوراه هان هو-هيون) ’الحبر الحيوي الثلاثي الأبعاد‘ والذي يحاكي حاجز الأوعية الدموية الدماغية بشكل تفصيلي باستخدام المصفوفة خارج الخلية المنزوعة الخلايا الذي يسمى ب(CBVdECM(Cerebrovascular-Specific Extracellular Matrix. هذا الحبر الحيوي هو مصفوفة خارج الخلية المستمدة من الدماغ والأوعية الدموية للخنزير والذي يحاكي خصائص حاجز الأوعية الدموية الدماغية بشكل جيد.

جعل الفريق البحثي هيكل حاجز الأوعية الدموية الدماغية للإنسان من خلال الطابعة الثلاثية الأبعاد باستخدام هذا الحبر الحيوي. تام تركيب الخلايا الذاتي وتكوين الهيكل الثنائي الطبقة عن طريق الهيكل الأنبوبي مما أدى إلى محاكاة حاجز الأوعية الدموية للإنسان الحقيقي بشكل مشابه جدًا. تلعب الخلايا البطانية للأوعية الدموية الدماغية الدقيقة والخلايا المحيطة للأوعية الدموية الدماغية دورًا مهمًا في هذه المرحلة لأن تكوّن الخلايا البطانية بطانة الأوعية الدموية وتغطي الخلايا المحيطة عليها.

راقب الفريق البحثي التغيرات عند تفاعل متبادل حاجز الأوعية الدموية الدماغية مع المواد الالتهابية(TNF-α, IL-1β) باستخدام نموذج 3D BBB الذي تم تطويره جديدًا. ونتيجةً لذلك, تمكن الفريق البحثي محاكاة الإجراءات المهمة التي تؤثر بها الاستجابة الالتهابية على حاجز الأوعية الدموية الدماغية وتجعل الأمراض التنكسية العصبية أسوأ. أثبت أنّ حاجز الأوعية الدموية الدماغية يلعب دورًا مهمًا في تقدم الالتهابات العصبية والأمراض من خلال التأكد من إجراءات زيادة نفاذية BBB من قبل المواد الالتهابية وتدخل المواد الضارة إلى الدماغ والتفاهم للاستجابة الالتهابية.

كما تمكن الفريق البحثي محاكاة إجراءات ترتيب وتنظيم بروتينات الوصلات الضيقة (VE-cadherin) الذي لم يكن ملحوظًا في النموذج الثنائي الأبعاد عن طريق النموذج الثلاثي الأبعاد بشكل واضح. VE-cadherin بروتين مهم يساعد في الربط بين الخلايا ويحافظ على متانة حاجز الأوعية الدموية الدماغية ووظائفها. استطاع الفريق البحثي أنّه يفهم أكثر كيف يتحكم VE-cadherin على نفاذية حاجز الأوعية الدموية الدماغية من خلال هذا النموذج ووفر معلومات مهمة خاصة بتغيرات وظائف  BBB عند الأمراض الالتهابية.

قال البروفيسور بايك سيون-ها(قسم جراحة الأعصاب) إنّ "نموذج BBB الثلاثي الأبعاد الذي تم تطويره في هذه المرة يحاكي حاجز الأوعية الدموية الدماغية أكثر دقة من النموذج الثنائي الأبعاد التقليدي والقريب من الواقع مما يشير إلى ما يساعد أكثر فيما كيف تلعب الالتهابات العصبية دورها عند الأمراض التنكسية العصبية" و"يُتوقع أن تساهم في ميكانيزم الأمراض التنكسية العصبية وتطوير طرق العلاج الخاصة بها مساهمةً كبيرةً من خلاله".

أوضح البروفيسورة جانج جين-آه من POSTECH (قسم الهندسة الميكانيكية · قسم هندسة علوم الحياة · قسم هندسة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات · كلية الدراسات العليا المتعددة التخصصات) أنّه "سوف نُدمج الخلايا الدبقية، والخلايا العصبية، والخلايا المناعية بشكل إضافي ونطور استجابة أكثر دقة وتقنية تكميم نفاذية BBB ونوسع نماذج الأمراض الخاصة بالمرضى في المستقبل".

من جهة أخرى, تم إجراء هذا البحث بدعم من وزارة التجارة والصناعة والطاقة ومعهد كوريا للتكنولوجيا الصناعية والتقييم والتخطيط ومؤسسة البحوث الوطنية في كوريا ونُشر في العدد الأخير من ’Biomaterials Research‘ وهي مجلة أكاديمية دولية.