طور مهندسون في جامعة كاليفورنيا، إيرفين نموذجا ثلاثي الأبعاد للقولون البشري مدمجا بالإلكترونيات الحيوية.

ويعد هذا الابتكار بديلاً أخلاقيا، وأكثر دقة، وأقل تكلفة مقارنة بالاختبارات على الحيوانات في مجال أبحاث سرطان القولون واكتشاف الأدوية.

ما هو نموذج 3D-IVM-HC؟

أوضح الباحثون أنهم أنشأوا نموذج "القولون البشري المحاكي ثلاثي الأبعاد في الجسم الحي" (3D-IVM-HC).

يمثل هذا النموذج المصغر، بقياس 5 × 10 ملم، نسخة دقيقة للقولون البشري، تحاكي الخصائص التشريحية الأساسية مثل:

الانحناءات المميزة للقولون

التركيب الخلوي متعدد الطبقات

الطيات الشبيهة بالـCrypts الضرورية لوظائف القولون وبيولوجيا الأورام

قال رحيم إيسفنديار-بور، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب بجامعة كاليفورنيا: "الأشكال الثلاثية الأبعاد والانحناءات والطيات في نموذجنا أساسية للحفاظ على سلوك الخلايا بشكل أكثر واقعية حتى في الحجم المصغر."

وأضاف: "ونظرا لأن نموذجنا يحاكي بيولوجيا القولون البشري بدقة أكبر، يمكن استخدامه لاختبار الأدوية والعلاجات بطريقة تتنبأ باستجابة المرضى أفضل من النماذج الحيوانية أو ثقافات الخلايا التقليدية."

تجاوز قيود النماذج الحيوانية

بدأ إيسفنديار-بور تطوير النموذج بعد ملاحظته قيود الاختبارات قبل السريرية التقليدية، مشيرا إلى أن حوالي نصف النتائج السامة في تجارب القوارض لا تنطبق على البشر.

وقال: "تعتمد النماذج الحيوانية التقليدية على ملايين الدولارات وسنوات عديدة، وغالبا ما تفشل في محاكاة جوانب مهمة من بيولوجيا الورم."

ويضيف: "نموذجنا ثلاثي الأبعاد المدمج بالإلكترونيات الحيوية يوفر طريقة تعتمد على الخلايا البشرية دون الحاجة للحيوانات، مما يمكن من دراسات أسرع، أكثر تكلفة، وقابلة للتوسع."

مواد صديقة للبشر وتصميم دقيق

تم بناء النموذج من هياكل حيوية من الجيلاتين ميثاكريلات والألجينات لمحاكاة الأنسجة الرخوة للقولون، حيث تبطن خلايا القولون الداخلية السطح الداخلي، بينما تخلق الخلايا الليفية في الطبقة الخارجية بيئة مخاطية داعمة لوظائف القولون.

وأشار إيسفنديار-بور: "هذا الترتيب المعماري الدقيق يعزز التفاعل بين الخلايا، ويزيد من كثافة الخلايا أربع مرات مقارنة بالثقافات ثنائية الأبعاد، ما يعزز الصلة الفسيولوجية ووظائف الحاجز."

اختبار الدواء

أظهر النموذج مقاومة أقوى للعلاج الكيميائي 5-فلورويوراسيل، حيث تطلبت خلايا سرطان القولون جرعات أعلى بعشر مرات لتحقيق نفس التأثير السمي كما في أطباق المختبر التقليدية، مما يعكس نتائج واقعية في العيادات.

نحو اكتشاف أدوية مخصصة وأخلاقية

يأمل الباحثون أن يصبح نموذج 3D-IVM-HC أساسا للطب الشخصي، عبر نمو خلايا مأخوذة من خزعات مرضى لتكوين نماذج قولون مصغرة فردية لتحديد أفضل الأدوية لكل مريض.

يستغرق النموذج حوالي أسبوعين للنمو والنضوج، تليها بضعة أيام للاختبارات الدوائية، أسرع وأكثر اقتصادية بكثير من الدراسات الحيوانية، مع زيادة إنتاجية البحث وتقليل الأعباء الأخلاقية والمالية.

وقال إيسفنديار-بور: "يمكن للمنصة أن تعمق فهم آليات السرطان وتحسن دقة التنبؤ في تقييم فعالية الأدوية."

مستقبل أبحاث السرطان والطب الدقيق

يؤمن فريق جامعة كاليفورنيا أن نموذج 3D-IVM-HC يمثل خطوة مهمة نحو أبحاث سرطانية موثوقة، إنسانية، ومركزة على المريض، وقد يعيد تعريف الطريقة التي يقترب بها العالم من تطوير الأدوية والطب الدقيق.