ارایه مدل جدیدی برای پیشگیری و درمان بیماری‌های قلبی عروقی

به گزارش روز شنبه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، عاطفه جنت بابائی مجری طرح تحلیل اثر سختی بستر بر کارکرد سلول‌های اندوتلیال در تشکیل شبکه مویرگی و فارغ التحصیل دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر در گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی این دانشگاه، گفت: شریان‌ها در حالت نرمال انعطاف‌پذیر و الاستیک هستند. این انعطاف‌پذیری سبب می‌شود که بدن بتواند در پاسخ به نوسانات در حجم و جریان خون، از طریق انقباض و اتساع عروق که توسط سلول‌های اندوتلیال میانجی‌گری می‌شود، فشار خون را تنظیم کنند.

وی افزود: در واقع این سلول‌ها که سطح داخلی عروق را پوشانده و در واسط بین دیواره رگ و خون قرار گرفته‌اند، نقش حسگر مکانیکی را ایفا کرده و با آزاد کردن محرک‌های شیمیایی از جمله نیتریک اکسید، اتساع و انقباض عروقی را تنظیم می‌کنند و به این ترتیب مسئولیت کنترل فشار خون و خونرسانی به بافت‌های بدن را بر عهده دارند. بنابراین، کارکرد مناسب آنها برای سلامت عروقی اهمیت بسیاری دارد.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر تاکید کرد با این حال با افزایش سن و پیری و همین طور بروز برخی بیماری‌ها مانند دیابت و آترواسکلروز شریان‌ها ظرفیت خود در انقباض و اتساع را از دست می‌دهند؛ به عبارت دیگر، شریان‌ها سخت‌تر می‌شوند.

جنت بابایی با بیان این که یک نتیجه سخت شدن عروق افزایش فشار خون است که بالاتر بودن فشار خون در افراد سالمند نسبت به جوان را توضیح می‌دهد، بیان کرد: استمرار فشار خون بالا در نهایت می‌تواند به عوارض ناگواری مانند حمله قلبی، مغزی و حتی مرگ منجر شود. طبیعی است که وقتی شریان‌ها در اثر پیری یا بیماری سخت می‌شوند، سلول‌های اندوتلیال سخت شدن شریان را حس کرده و خود را با آن تطبیق می دهند.

وی خاطرنشان کرد: این تغییر محیط مکانیکی می‌تواند کارکرد سلول‌های اندوتلیال را تغییر دهد و این مسئله ای است که طرح ما به دنبال بررسی آن بوده است.

مجری این طرح تاکید کرد: در واقع ما به دنبال این بودیم که دریابیم که کارکرد سلول‌های اندوتلیال در حالت پیری نسبت به حالت نرمال چه تغییری می‌کند به بیان دیگر، آیا سخت شدن مکانیکی شریان‌ها می‌تواند اختلال کارکرد سلول‌های اندوتلیال در پیری را توضیح دهد و این که آیا این تغییر کارکرد می‌تواند زمینه‌ای را برای بروز یا تشدید بیماری‌های قلبی عروقی فراهم کند.

جنت بابایی به مواردی که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفت، اشاره کرد و گفت: برای این که بتوانیم به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهیم، لازم بود که ابتدا خواص مکانیکی عروق پیر و جوان را در محیط آزمایشگاهی بازسازی کنیم برای این کار ما بسترهای پلیمری از جنس PDMS را انتخاب کردیم که به ما امکان می‌داد با تغییر نسبت بخش‌های سازنده آن سختی و نرمی عروق را بازتولید کنیم.

وی ادامه داد: سپس، با کشت آزمایشگاهی سلول‌های اندوتلیال در شرایط کنترل شده، کارکردهای سلولی از قبیل تکثیر، مهاجرت و به طور خاص، رهایش نیتریک اکسید را که برای کنترل اتساع عروقی در تنظیم فشار خون اهمیت دارد، در عروق سخت (پیر) و نرم (جوان) بررسی و مقایسه کردیم. همچنین، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) خواص مکانیکی سلول شامل سختی- که به صورت تغییر شکل‌پذیری سلول تعریف می‌شود- و ویسکوزیته یا لزجت -که به صورت مقاومت در برابر جاری شدن تعریف می‌شود- را اندازه‌گیری کردیم.

این محقق عنوان کرد: یک کارکرد مهم دیگر سلول‌های اندوتلیال توانایی آنها در اتصال به هم برای تشکیل یک شبکه به هم پیوسته است. در واقع، این سلول‌ها وظیفه ساخت شبکه عروقی در دوران جنینی و همچنین، رگ های جدید در ترمیم زخم و شکستگی در دوره بزرگسالی را بر عهده دارند.

جنت بابایی ادامه داد: ما ظرفیت رگ زایی سلول‌ها را تحت تاثیر پیری بررسی کردیم. در نهایت، با استفاده از نتایج آزمایشگاهی به دست آمده، یک مدل ریاضی محاسباتی برای پیش‌بینی تاثیر سختی بستر بر تشکیل شبکه مویرگی در سلول‌های اندوتلیال ارائه کردیم.

وی درموردد کاربردهای این طرح گفت: بیماری‌های قلبی عروقی یکی از علل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان و در کشور ما به شمار می رود که سالانه افراد زیادی را به خصوص در سنین سالمندی تحت تاثیر قرار می‌دهد. سخت شدن شریان‌ها پیش درآمدی بر فشار خون بالا و نشانه‌ای از اختلالات قلبی عروقی است.

جنت بابایی تاکید کرد: با توجه به بار مالی و روانی بسیار بالای این بیماری‌ها، شناخت مکانیسم‌های دخیل در سخت شدن شریان و مسیرهایی که از طریق آن کارکرد سلول‌های اندوتلیال را دچار اختلال می‌سازد، هدف جدید و مهمی برای طراحی مداخلات دارویی و تغذیه‌ای فراهم می‌کند که ممکن است به پیشگیری یا درمان بیماری‌های عروقی کمک کند.

به گفته وی، ما در این طرح نشان دادیم که سخت شدن عروق منجر به سخت شدن سلول‌های اندوتلیال می‌شود که به لحاظ بیولوژیکی با اختلال کارکرد اندوتلیال تفسیر می‌شود. بنابراین، سختی سلول‌های اندوتلیال ممکن است پتانسیل پیش‌آگهی و تشخیصی برای سلامت عروقی را فراهم کند.

این محقق تاکید کرد: به علاوه، در پدیده‌هایی مانند ترمیم زخم، ترمیم شکستگی استخوان و همین طور در کاربردهای مهندسی بافت نیاز به تقویت رگ‌زایی برای تامین اکسیژن و مواد مغذی برای بافت در حال بازسازی وجود دارد؛ در حالی که در توده‌های سرطانی که رگ‌های خونی اکسیژن و مواد لازم برای رشد توده و همچنین، مسیری برای انتقال سلول‌های سرطانی به نقاط دیگر بدن را فراهم می‌کنند، سرکوب کردن رگ‌زایی ایجاب می‌کند.

وی افزود: بنابراین مطابق با یافته‌های ما سازمان‌دهی اسکلت سلولی و سختی سلول‌های اندوتلیال می‌تواند به عنوان یک هدف برای طراحی مداخلات درمانی در نظر گرفته شود. همچنین، دانش به دست آمده می تواند به ساخت مدل‌های ریاضی پیچیده‌تر برای پیش‌بینی رفتار سلول‌ها و نحوه پاسخ آنها به درمان‌های دارویی کمک کند.

دانش آموخته امیرکبیر تصریح کرد: مطالعات گذشته تطبیق مکانیکی سلول‌های زنده با خواص مکانیکی محیط پیرامونی خود را نشان داده‌اند. اما این طرح نخستین طرحی است که با شبیه‌سازی سختی عروق جوان و پیر، به صورت سیستماتیک و مستقل از عوامل شیمیایی، تاثیر سخت شدن شریان‌ها بر تشدید اختلال کارکرد سلول‌های اندوتلیال و اختلال در ظرفیت رگ زایی آنها را نشان می‌دهد که می‌تواند با فشار خون بالا و اختلات عروقی دیگر مرتبط باشد.

جنت بابایی ادامه داد: از دیگر نوآوری‌های این طرح نسبت به مدل‌های پیشین نشان دادن وابستگی ویسکوزیته یا لزجت سلول‌های اندوتلیال، علاوه بر قابلیت تغییرشکل پذیری آنها، به سختی شریانی بود که برای شناخت مکانیسم‌های تطبیق سلولی و همین طور مدلسازی رفتار سلول حائز اهمیت است.

وی یادآور شد: اگر چه یافته‌های بنیادی ما دید مهمی را از تاثیر سختی شریان در پیری بر اختلال کارکرد اندوتلیال و اختلال رگ زایی به دست می‌دهد، با این حال هنوز انجام پژوهش‌های بیشتر ضروری است و قبل از آنکه این تحقیقات بتوانند مبنایی را برای درمان‌های جدید فراهم کنند، نیاز به طراحی مدل‌های سلولی و حیوانی بزرگ‌تر و روشن کردن نقش متقابل عوامل مکانیکی و شیمیایی در تشدید بیماری‌های قلبی عروقی می باشد.

اساتید راهنمای این پروژه  محمد تفضلی شادپور-  ناصر فتورائی و استاد مشاور احسان سیدجعفری بودند.