ابداع یک دستگاه میکروسیال برای ارزیابی درمان مالاریا

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، در گزارش جدیدی که در Scientific Reports منتشر شد، مایکل جی روپار و یک تیم تحقیقاتی در Hesperos Inc.، فلوریدا، ایالات متحده، یک سیستم عملکردی، چند عضوی و بدون سرم را برای کشت P. falciparum که باعث مالاریا شدید و کشنده می شود، به منظور ایجاد بسترهای نوآورانه برای توسعه داروهای درمانی ایجاد کردند.

این پلتفرم شامل چهار ساختار اندام انسانی، از جمله سلول های کبدی، سلول های طحال، سلول های اندوتلیال و سلول های خونی در حال چرخش برای تعامل با ارگانیسم انگلی برای شبیه سازی عفونت بود.

ین تیم از دو سویه P. falciparum استفاده کردند. سویه 3D7 حساس به کلروکین. یک داروی ضد مالاریا به خوبی تثبیت شده و کلروکین مقاوم در برابر سویه W2. آنها سلول های عملکردی را در شرایط سالم و بیمار به مدت 7 روز در مدل میکروسیال در حال چرخش حفظ کردند.

دانشمندان یک پلت فرم موثر برای توسعه درمانی نشان دادند که در آن درمان با کلروکین به طور قابل توجهی انگل را در مدل ترکیبی سویه 3D7 کاهش داد. آنها از این تنظیم برای تعیین شاخص درمانی برای ارزیابی سمیت خارج از هدف برای درمان ضد مالاریا به روشی وابسته به دوز استفاده کردند. نتایج می تواند رویکرد جدیدی را برای ارزیابی درمان های ضد مالاریا در یک مدل واقعی انسانی که گردش خون را به مدت 7 روز حفظ می کند، ایجاد کند.

چرخه زندگی انگلی در دو مرحله اتفاق می افتد: در طی یک وعده غذایی خون، اسپوروزویت ها از بزاق پشه آزاد می شوند، که سپس از طریق گردش خون محیطی به کبد می روند تا در سلول های کبدی تکثیر شوند. این منجر به فراوانی مروزوئیت ها در عرض چند روز می شود که سپس از سلول های کبدی پاره شده آزاد می شوند تا از کبد به جریان خون حرکت کنند.

چرخه زندگی مروزوئیت ها غیرجنسی و اریتروسیتی است که در آن انگل با آلوده کردن سلول های خونی ایجاد می شود. تکثیر سریع غیرجنسی که بوسیله هموگلوبین میزبان سوخت می شود، باعث شد که مروزوئیت ها در 48 ساعت وارد مرحله حلقه ای شوند و سپس به تروفوزوئیت ها و شیزوت ها بالغ می شوند، که رشد و تکثیر آن ها تا ترکیدن ادامه می یابد و مروزوئیت های بیشتری برای تکرار چرخه عفونت آزاد می شوند.

انگل پلاسمودیوم باعث مالاریا می شود و توسط پشه آنوفل ماده منتقل می شود. از بین گونه های مختلف، گونه فالسیپاروم کشنده ترین است و در درجه اول مسئول انواع موارد شدید مالاریا است.

سازمان بهداشت جهانی قصد دارد تا سال 2030 تا 90 درصد موارد مالاریا و مرگ و میر را به میزان 90 درصد کاهش دهد. محققان مشتاق هستند تا با بررسی پلتفرم های جدید برای مطالعه داروهای این بیماری به این هدف دست یابند. یکی از این تلاش ها، روپار و همکارش توسعه یک پلت فرم کشف داروی ضد مالاریا چند عضوی و پیش بالینی است که می تواند شرایط سالم را ایجاد و حفظ کند.

اوپار و همکاران از دو سویه P. falciparum استفاده کرد. یک سویه حساس به کلروکین و مقاوم به کلروکین، که با موفقیت در یک دوره 8 روزه در مدل چند اندامی حفظ شد. دانشمندان این ابزار را برای ارزیابی درمان مالاریا در انسان، برای بررسی کارایی و ایمنی پلت فرم و همچنین بررسی ایمنی شاخص درمانی برای مطالعات اضافی ایجاد کردند. روپار و همکارانش یک دستگاه میکروسیال حاوی سه جزء برای پوشش سلول های کبد، طحال و اندوتلیال ابداع کردند.

آنها با مهندسی مدل مالاریا روی یک تراشه با میکروسیال های بدون پمپ، گردش مجدد گلبول های قرمز اولیه انسان را برای شبیه سازی مراحل اولیه عفونت سیستمیک با انگل P. falciparum تضمین کردند.

دانشمندان سلول های سیستم چند اندامی را با مونتاژ سلول ها روی تراشه ها بدون انگل در پلت فرم مالاریا روی یک تراشه مشخص کردند. آنها این مطالعه را به مدت 7 روز برای تعیین زنده ماندن، عملکرد و ظاهر سلولی در یک سیستم میکروفیزیولوژیکی سالم طی 7 روز انجام دادند. سپس این تیم چرخه زندگی انگل را در ابزار مورد مطالعه قرار داد و دو سویه را شامل شد. سویه 3D7 و سویه W2 به ترتیب حساس به کلروکین و مقاوم به کلروکین هستند.محققان تمام مراحل را طی 8 روز مشاهده کردند تا سطح پارازیتمی در هر سیستم را تعیین کنند.

این تیم در مرحله بعدی زنده ماندن سلول های عملکردی را در ابزار تراشه اندامی که حاوی گلبول های قرمز آلوده به سویه یا خون غیر عفونی برای 8 روز کشت بودند، مورد مطالعه قرار دادند. آنها با استفاده از تصویربرداری فاز، سلول های عملکردی را قبل از مونتاژ و بلافاصله پس از جداسازی در روز 8 ضبط کردند. تغییرات مورفولوژیکی نشان دهنده اختلال در حیات سلولی پس از عفونت با P. falciparum بود.

روپار و همکارانش هر 12 ساعت انگل را کنترل کردند و سطوح انگل را در گروه درمان به میزان قابل توجهی پایین تر مشاهده کردند. اگرچه این کاهش در سطوح انگلی بین سیستم حساس به دارو و سیستم مقاوم به دارو در نوسان بود، اما در نهایت این سطوح در گروه درمانی حساس به کلروکین در مقایسه با سیستم های مقاوم به طور قابل توجهی کمتر بود. پس از جداسازی ابزارها، آنها به مطالعه زنده بودن سلول های سازنده ادامه دادند.

با استفاده از این مدل، تیم هر گونه اثر غیرهدف کلروکین را در عملکرد یا زنده ماندن سازه های اندام تعیین کرد و یک شاخص درمانی برای درمان ضد مالاریا تعیین کرد. ساختار چند اندامی بدون سرم حاوی اندام های کبد، طحال و اندوتلیوم بود تا رویکردی مقرون به صرفه برای مطالعه درمان ضد مالاریا ارائه دهد.