قلب سليم يضخ البطين الأيسر للقلب الدم المؤكسد حديثا إلى بقية أنحاء الجسم. إن جدران البطين الأيسر سميكة عادة وتحوي أليافا عضلية تدعى الخلايا العضلية.

إن الاتصال بين الثقوب أمر مهم وحيوي، فهو سيمكن
الخلايا الحية عند «بدارها» الأول في السقالة من العبور بسهولة خلال ثناياها.
فوجود الممرات السالكة والمتصلة يسمح بعبور المواد المغذية نحو الخلايا وخروج
فضلاتها أثناء حضانتها، وهو أمر ضروري ومهم أيضا. كما تعلمنا أن التواصل بين
الثقوب يؤثر بشكل حاسم في قدرة الأوعية الدموية الجديدة على اختراق النسيج
المتشكل بعد زراعته في العائل. وأخيرا، فإن البنية الهندسية الفريدة لهذه
السقالات، التي تشبه الرغوة أو خلايا النحل، تسهم في مقاومتها الميكانيكية. فمع
أن الثقوب تشكل أكثر من 95 في المئة من حجم هذه السقالات، فإنه يمكنها تحمل
ضغوط خارجية كبيرة.



وهكذا ملكنا الآن القدرة على إنشاء سقالة لها الشكل
والبنية المرغوبتان تماما، ولا تُفعِّل الجهاز المناعي، ومصنوعة من مواد طبيعية
باستخدام الكيمياء غير السامة، ولها متانة ميكانيكية جيدة، وتتلاشى داخل الجسم
ضمن فترة زمنية معقولة. ويبقى أن نرى هل ستجد الخلايا الحية سقالتنا هذه بديلا
مقبولا للمطرس البراني، في حالة حدوث احتشاء فعلي.



هندسةُ سقالةٍ نسيجية^(*****)




بناء النسج^(******)

قبل أن نزرع سقالتنا في حيوانات التجربة، أردنا أن
نرى كيف تستجيب خلايا القلب للألجينات في الزجاج، أي خارج الجسم. لذا أخذنا
خلايا من قلوب أجنة الفئران ـ وهي على عكس خلايا العضلة القلبية الناضجة تبقى
لديها القدرة على الانقسام ـ وعلقت في وسط سائل يحوي مواد مغذية. بعدها سُرِّب
المعلق إلى داخل سقالة مدورة قطرها 6 مليمترات وارتفاعها مليمتر واحد. وبمساعدة
قوة نابذة centrifugal بسيطة، نفذت الخلايا بسرعة
من خلال ثقوب السقالة، منتشرة بانتظام في أقل من نصف ساعة.



إن للسرعة أهمية كبيرة في الحفاظ على حياة الخلايا،
لأنها حساسة جدا لنقص الأكسجين؛ كما أن الانتشار المتجانس يمكننا من تحميل
السقالة أعدادا كبيرة من الخلايا. وكانت النتيجة أن كثافة الخلايا في سقالتنا
بلغت 10⁸خلية في السنتيمتر المكعب الواحد، وهي مشابهة لكثافة خلايا العضلة
القلبية الطبيعية الناضجة.



نقلنا سقالتنا بما فيها من خلايا مزروعة إلى حاضنة
خاصة دعيت المفاعل الحيوي bioreactor يوفر رطوبة
وظروفا بيئية مثالية، في الوقت الذي كنا نروي داخل السقالات وما حولها وبشكل
متواصل بوسط يحوي مواد مغذية. كنا نراقب استقلاب (أيض) الخلايا عن قرب، وبعد 48
ساعة فقط اكتشفنا خلايا عضلية قلبية نابضة. وبعد سبعة أيام، حان وقت اتخاذ
الخطوة التالية، وهي زراعة السقالات في القلوب الحية.



قمنا بإجراء عملياتنا الجراحية تحت التخدير على
فئران بالغة عانت احتشاء عضلة قلب البطين الأيسر قبل سبعة أيام. كان من السهل
رؤية منطقة الاحتشاء لدى جميع الفئران، حيث كنا نرى بوضوح ندبة شاحبة غير
متقلصة. وضعنا سقالاتنا في هذه المناطق المحتشية مباشرة، ثم أغلقنا الشق
الجراحي وانتظرنا.






بعد شهرين، كشفنا عن قلوب الفئران وذهلنا بالنمو
الكبير للأوعية الدموية الجديدة الزاحفة من النسيج القلبي السليم نحو الطعوم
الحيوية المزروعة [انظر الشكل في هذه الصفحة]. إن الطعوم القلبية المُهندَسة قد
اندمجت بشكل جيد في النسيج الندبي، وبدأت السقالات الألجينية بالذوبان، مع ظهور
مطرس براني طبيعي مكانها. لقد تطورت الخلايا القلبية الجنينية إلى ألياف عضلية
ناضجة، وانتظم بعضها في بنى متوازية مشابهة لألياف النسيج القلبي الطبيعي.
وكانت الروابط الميكانيكية والمشابك الكهربية electrical
synapses الضرورية لتقلص الخلايا القلبية ونقل
التنبيه العصبي موجودة أيضا بين الألياف.





لقد أنجزنا الهدف الأول ـ حمينا قلبًا عانى الاحتشاء ومنعنا المزيد من التدهور.

قبل الزراعة، قمنا بقياس وظيفة قلوب الفئران
مستخدمين تخطيط صدى القلب echocardiography
وفعلنا الشيء نفسه مع مجموعة شاهدة control
group من الفئران المصابة باحتشاء، سيُجرى لها
جراحة صورية لكن بدون زراعة. وبعد شهرين، قمنا بفحص قلوب جميع الفئران مرة
ثانية باستخدام تخطيط صدى القلب، حيث وجدنا في المجموعة الشاهدة السيناريو
النموذجي لتدهور الوظيفة القلبية، من توسع ملحوظ في البطين الأيسر ونقص واضح في
وظيفة القلب. وعلى النقيض من ذلك كانت المجموعة التي أجريت لها الزراعة، حيث
كانت النتائج قريبة مما هي عليه بُعيد الاحتشاء مباشرة، فحجم البطين الأيسر
وثخانة جدرانه وكذلك وظيفته، جميعها لم تتبدل.



لقد وصلنا إلى هدف بدئي لهذا البحث وهو حماية قلب
عانى الاحتشاء ومنع مزيد من التدهور الذي يمكن أن يقود إلى فشل هذا القلب. لكن
تبقى أسئلة كثيرة من غير إجابة. فالآلية التي بوساطتها حمت هذه المعالجة العضلة
القلبية مازالت غامضة، كون النسيج الطعم لم يشارك بعد في التقلصات القلبية.
ويبدو أن الطعم قد ساعد على منع التغير المعتاد في شكل البطين، من خلال منع
الاحتشاء من التوسع وتسميك جدران القلب اصطناعيا في المنطقة المحتشية.



كما نعتقد أن نمو أوعية جديدة في منطقة الاحتشاء قد
أسهم بشكل كبير في إبطاء التدهور النسيجي. لقد كانت الأوعية الدموية الجديدة
كثيرة في عددها وكبيرة في حجمها عندما كانت السقالات مسكونة بالخلايا المزروعة.
لكن إحدى المفاجآت في هذه التجارب تمثلت في تشجيع السقالات غير المزروعة
بالخلايا أيضا على تشكيل أوعية دموية جديدة في منطقة الاحتشاء.



من الممكن أن تكون السقالات الألجينية قد شجعت على
نمو أوعية جديدة عن طريق تأمين الدعم لهذه الأوعية أثناء اختراقها للمنطقة
المتأذية. كما أننا نتوقع أن مادة الألجينات نفسها قد تسهم في استنفار الخلايا
الجذعية كي تساعد على التجديد، لأن التركيب الكيماوي للألجينات يماثل تركيب
كبريتات الهيپاران heparan
sulfate، وهذا الأخير عديد سكريد مهم موجود في المطرس البراني الطبيعي.
ولاختبار هذه الفكرة قمنا مؤخرا بمحاولة حقن الهلام المائي للألجينات مباشرة في
منطقة الاحتشاء عند الفئران، فتبين أن هذه الألجينات، حتى في شكلها المائي، قد
حافظت على بنية البطين ووظيفته. ويبدو أنها عملت كبديل للمطرس البراني، حيث
حرّضت على تشكيل أوعية جديدة angiogenesis.






وبالطبع، فإننا وبقية الباحثين في هذا الحقل نعمل
أيضا على تحديد مصادر محتملة للخلايا القلبية من أجل استخدامها في الزراعة عند
البشر. وكون الخلايا القلبية الناضجة للمريض نفسه لا تنقسم يضعها خارج الخيارات
المطروحة. إن مصادر الخلايا المتبرع بها والتي يمكن تحويلها إلى خلايا عضلية
قلبية ناضجة تتضمن الخلايا الجذعية الجنينية، والخلايا الجذعية «البالغة»
adult المستخلصة من نقي العظام أو دم الحبل السري.
ويبقى أن الجهاز المناعي يتعرف جميع الخلايا المتبرع بها على أنها غريبة، وهذا
يضطرّنا إلى استخدام الأدوية المثبطة للمناعة. ولتجنب مشكلة الرفض المناعي، قد
نستخدم الخلايا الجذعية للمريض نفسه والمستخلصة من نقي العظم أو العضلات أو
النسيج الشحمي، أو خلايا جذعية مضغية يمكن استنباطها من خلايا المريض بطريقة
الاستنساخ العلاجي therapeutic
cloning. وقد نستطيع مستقبلا عزل خلايا جذعية
قلبية محلية.



طرق ترميم القلوب^(*******)

لقد كان التقدم الذي أحرزناه مشجعا، وأدى إلى اقتراح
عدة طرق ممكنة لاستخدام سقالاتنا الألجينية بغية حماية وتجديد القلوب المتأذية
باحتشاء العضلة القلبية. وخلال ثلاث سنوات، على سبيل المثال، نعتقد أننا سنكون
مستعدين، بالتأكيد، لاختبار استخدام السقالات الألجينية غير المبذورة
unseeded alginate
scaffolds عند البشر المصابين باحتشاء العضلة
القلبية، حيث أكدت تجاربنا الأخيرة على الخنازير ما سبق أن لاحظناه في الفئران،
من أن السقالات الألجينية وحدها (بدون الخلايا) منعت الاحتشاء الحديث من التوسع
وجدار البطين من تغير شكله. ونتيجة لذلك قد تستطيع السقالات غير المبذورة وحدها
أن تقي بشكل فاعل من نشوء فشل قلبي عند مرضى لم تصب قلوبهم بتغير مهم في الشكل
بعد.



إن القدرة الواضحة للألجينات على رعاية تشكيل أوعية
جديدة تشير أيضا إلى إمكانية زيادة فرص البقيا للخلايا المزروعة، حيث تُزرع
السقالة أولا في المنطقة المحتشية، وننتظر حتى تتكون الأوعية الدموية، ثم بعدها
نزرع الخلايا في السقالة. لقد جربنا ذلك لتشكيل نسيج في كائن حي (الفئران)،
وكانت النتائج واعدة. وقد حُفّز تكون الأوعية بصورة كبيرة عندما أُدمجت في
السقالات كريات مجهرية تُحرِّر بشكل مسيطر عليه عوامل نمو [انظر الشكل في هذه
الصفحة]. لكنا لسوء الحظ لاحظنا أن إنشاء الأوعية المسبق
prevascularization في السقالات ينقص الحيز المتوفر للخلايا المزروعة.
لذا نعمل الآن على تحسين قدرتنا على مواءمة التشكل الوعائي باستخدام أنماط
مختلفة من عوامل النمو.



في الوقت الحاضر، مازالت الطرق المستخدمة لبناء
النسج في الزجاج تتيح سيطرة أكبر على شكل النسيج وتركيبه ووظيفته. يضاف إلى ذلك،
حاجتنا إلى استبدال قطعة متكاملة من القلب في حال تمزق الاحتشاء، حيث نحتاج إلى
رقعة حقيقية من النسج تملأ الفجوة المتشكلة، علما بأن زراعة سقالة مثقبة وفارغة
في هذه الحالة لن تجدي نفعا. لذلك مازلنا نواجه عقبة الحفاظ على النسيج المزروع
حيا ريثما يصبح تشكل الأوعية كافيا. ومن خبرتنا المكتسبة، فإننا نبحث الآن
إمكانية إيجاد طعم سبق إحداث جملة وعائية فيه.



لقد تمكنا من إنشاء مهاد من الأوعية الشعرية
capillary bed من
خلال زرع خلايا بطانية endothelial
cells (تلك التي تبطن جدران الأوعية الدموية
الشعرية بشكل طبيعي) في سقالة ألجينية، ثم حضن هذا التركيب في مفاعل حيوي.
والخطوة التالية هي زرع الخلايا البطانية وخلايا العضلة القلبية معا في السقالة
محاولين تشكيل أوعية شعرية داخل قطعة من النسيج العضلي القلبي. فإذا نجحنا يبقى
علينا أن نراقب هل سيصبح هذا المهاد الشعري فعالا وظيفيا بعد الزراعة، وإن حدث
ذلك هل سيتم بالسرعة الكافية. فإذا اتصل بالجملة الوعائية المحلية بسرعة فإن
فرص النسيج المزروع في البقيا ستكون ممتازة.



مقاربات لترقيع العضلة القلبية^(********)




إن العديد من الباحثين الآخرين يعمل على تخطي تلك
العقبة من خلال استنباط نسيج جرى تكوين الأوعية فيه مقدما، وذلك باستخدام
تشكيلة من الاستراتيجيات المختلفة. ومع إقرارنا بأننا لسنا الوحيدين الذين
يحاولون هندسة نسيج قلبي، فإن أيّ طريقة ستثبت جدارتها سوف تطور هذا الحقل
وتزيد من معارفه. قد نحتاج إلى 15 سنة أخرى للوصول إلى بناء قطعة حية لقلب بشري،
لكن هذا الحلم لم يعد أمرا مستغربا قط.