آزمایشگاه تامسون همچنان به پیشروی تکنیک‌های جدید برای پیشرفت در این زمینه، از جمله روش‌هایی برای تولید سلولهای شریانی عملکردی مشتق‌شده از سلولهای بنیادی پرتوان انسانی ادامه داد و در نهایت راه‌حل‌های مهندسی زیستی را برای مبارزه با بیماری‌های قلبی ــ عروقی ایجاد کرد.در مطالعه جدیدی که درCell Reports Medicine منتشر شده، آنها براساس آن راه‌حل‌ها، یک پیوند عروقی با قطر کوچک، با استفاده از سلولهای اندوتلیال شریانی مشتق از سلولهای بنیادی (AECs) ایجاد کردند که می‌تواند اساس جراحی بای‌پس عروقی را توسعه دهد.
ایگور اسلوکوین،استاد پاتولوژی و پزشکی آزمایشگاهی دردانشگاه ویسکانسین می‌گوید: «اگرچه پیوند عروق مصنوعی با موفقیت در کلینیک‌ها برای ترمیم رگ‌های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته‌اند اما منابع برای عروقی با قطر کوچک که بیشتر برای جراحی بای‌پس عروق کرونر استفاده می‌شوند، محدود هستند. این دستاورد گام مهمی در پیشرفت فناوری سلولهای بنیادی برای مهندسی زیستی پیوند عروقی برای ترمیم عروق قلب و برگردان بالینی آنهاست.»
درحال حاضر تنها گزینه تأیید شده بالینی برای پیوند بای‌پس عروقی با قطر کوچک، شامل گرفتن رگ خونی از قسمت دیگری از بدن خود بیمار است. با این حال این روش تهاجمی و محدود است، زیرا در صورتی که فرد دارای بیماری‌های دیگری نیز باشد، پیوند ممکن است کیفیت پایینی داشته باشد. گرفتن رگ‌های خونی از فردی اهداکننده یکی از گزینه‌های جایگزین است اما این راهکار نیز با پاسخ‌های ایمنی که منجر‌به رد پیوند می‌شود، محدود می‌شود.کارآزمایی‌های بالینی قبلی، پیوندهای عروقی مصنوعی وریدی را برای استفاده در بای‌پس عروق محیطی، با برداشت سلولهای اندوتلیال وریدی خاص بیمار با موفقیت مهندسی کردند.
جان مافورت یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه که قبلا به‌عنوان دانشمند در آزمایشگاه تامسون در مؤسسه مورگریج کار می‌کرد، می‌گوید: «سلولهای درمانی مختص هر بیمار، می‌تواند هزینه‌بر و زمان‌بر باشد. ما می‌خواستیم یک پیوند شریانی با قطر کوچک «پیش‌ساخته» بسازیم که بتواند به‌راحتی در محیط‌های بالینی استفاده شود.»
در این مطالعه، دانشمندان از یک پیوند کوچک ساخته شده از پلی تترا فلوواتو اتیلن منبسط شده (ePTFE) استفاده کردند؛ همان ماده متخلخی که ترکیباتی نزدیک به تفلون دارد. هنگامی که آنها AECهای مشتق‌شده از سلولهای بنیادی با کیفیت را تولید کردند، روش‌هایی را برای هماهنگی آنها با گرافت‌های ePTFE ایجاد کردند.
مافورت می‌گوید: «از مزایای استفاده از سلولهای بنیادی پرتوان می‌توان به توانایی خود نوسازی، فراهم کردن یک منبع سلولی نامحدود و متمایز از هر نوع سلول انسانی اشاره‌کرد.»
با این حال، محققان با یک چالش روبه‌رو شدند؛ ePTFE آبگریز است و آب را دفع می‌کند، بنابراین آنها باید راهی برای اصلاح سطح گرافت‌ها پیدا کنند تا سلول‌ها بتوانند به هم متصل شوند.
جو ژانگ، نویسنده اول این مطالعه و دانشمند سابق آزمایشگاه تامسون که این روش را توسعه داده است، می‌گوید: «ما از پروتئین‌های چسبنده ساخته شده در صدف‌ها، به ویژه دوپامین، جزء شیمیایی این پروتئین‌ها الهام‌گرفتیم.»
آنها از یک پوشش دو لایه با دوپامین و ویترونکتین (پروتئین چسبنده سلولی دیگر) برای اتصال AECها به سطح داخلی گرافت‌های ePTFE استفاده کردند. آنها این پوشش را در برابر جریان فیزیولوژیکی تولید شده توسط یک پمپ آزمایش کردند و نشان دادند که سلولهای زیست‌مهندسی، یکنواخت و پایدار باقی می‌مانند.
درمرحله بعد، آنها گرافت‌ها را در شریان‌های فمورال ماکاک‌های رزوس (یک مدل پریمات معمولی غیرانسانی که برای شباهت‌های‌شان با زیست‌شناسی انسان استفاده می‌شود) کاشتند. موفقیت هر پیوند به سلول‌هایی بستگی دارد که «مجموعه سازگاری بافتی اصلی» (هر دو کلاس MHC کلاس I و کلاس II) را بیان می‌کنند؛ گروهی از پروتئین‌ها که در پاسخ ایمنی برای پس‌زدن جسم خارجی نقش‌دارند.با استفاده از این مدل، نویسندگان ترکیب‌های مختلف گرافت‌ها را برای ارزیابی میزان «پس‌زدن ایمونولوژیکی» (پس‌زدن عضو پیوندی توسط بدن) آزمایش کردند.
گرافت‌ها هر دو هفته یک‌‌بار با تصویربرداری اولتراسوند بررسی می‌شد تا نشانه‌های شکست، به‌ویژه تنگی، ضخیم‌شدن دیواره سلولی یا ترومبوز (لخته خون در گرافت) بررسی شود. در کمال تعجب محققان، ۵۰ درصد از پیوندهای MHC کلاس II شکست خوردند. ژانگ می‌گوید: «از آنجا که حذف MHC کلاس I و II پاسخ سلولهای T را کاهش می‌دهد، ما فرض می‌کنیم که سلولهای کشنده طبیعی می‌توانند نقشی در میانجی‌گری پس‌زدن ایمونولوژیکی این پیوندها ایفا‌کنند.»
از سوی دیگر، پیوندهای نوع وحشی (MHC(wildtype، عملکرد طبیعی خود را به مدت شش ماه حفظ کردند که موفق‌تر از سایر پیوندها بود.نویسندگان همچنین مشاهده کردند که اندوتلیوم پیوند با سلولهای میزبان مجددا پر شده که به موفقیت طولانی‌مدت کمک می‌کند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این پیوندهای زیست‌مهندسی شده می‌توانند زمینه جراحی بای‌پس عروقی را پیش ببرند و فرصت‌هایی را برای آزمایش‌های بالینی انسانی باز کنند.
ساموئل‌پور،رئیس بخش جراحی پلاستیک بیمارستان دانشگاه ویسکانسین ــ مدیسون و یکی ازنویسندگان این مطالعه،می‌گوید: «این یک پروژه هیجان‌انگیز و مشارکتی با پتانسیل تبدیل‌شدن به یک پیشرفت واقعی بالینی است. پیوندهای عروقی مبتنی بر سلولهای بنیادی، پتانسیل گسترش اندیکاسیون‌های جراحی، محدودکردن عوارض عمل‌ها و ارائه گزینه‌هایی برای جراحی را دارند که در حال حاضر وجود ندارند و بر تخصص‌های فوق‌‌العاده‌ای مانند جراحی پلاستیک وترمیمی،جراحی عروق و قلب تأثیر می‌گذارند.»
ایگور اسلوکوین،استاد پاتولوژی و پزشکی آزمایشگاهی دردانشگاه ویسکانسین می‌گوید: «اگرچه پیوند عروق مصنوعی با موفقیت در کلینیک‌ها برای ترمیم رگ‌های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته‌اند اما منابع برای عروقی با قطر کوچک که بیشتر برای جراحی بای‌پس عروق کرونر استفاده می‌شوند، محدود هستند. این دستاورد گام مهمی در پیشرفت فناوری سلولهای بنیادی برای مهندسی زیستی پیوند عروقی برای ترمیم عروق قلب و برگردان بالینی آنهاست.»
درحال حاضر تنها گزینه تأیید شده بالینی برای پیوند بای‌پس عروقی با قطر کوچک، شامل گرفتن رگ خونی از قسمت دیگری از بدن خود بیمار است. با این حال این روش تهاجمی و محدود است، زیرا در صورتی که فرد دارای بیماری‌های دیگری نیز باشد، پیوند ممکن است کیفیت پایینی داشته باشد. گرفتن رگ‌های خونی از فردی اهداکننده یکی از گزینه‌های جایگزین است اما این راهکار نیز با پاسخ‌های ایمنی که منجر‌به رد پیوند می‌شود، محدود می‌شود.کارآزمایی‌های بالینی قبلی، پیوندهای عروقی مصنوعی وریدی را برای استفاده در بای‌پس عروق محیطی، با برداشت سلولهای اندوتلیال وریدی خاص بیمار با موفقیت مهندسی کردند.
جان مافورت یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه که قبلا به‌عنوان دانشمند در آزمایشگاه تامسون در مؤسسه مورگریج کار می‌کرد، می‌گوید: «سلولهای درمانی مختص هر بیمار، می‌تواند هزینه‌بر و زمان‌بر باشد. ما می‌خواستیم یک پیوند شریانی با قطر کوچک «پیش‌ساخته» بسازیم که بتواند به‌راحتی در محیط‌های بالینی استفاده شود.»
در این مطالعه، دانشمندان از یک پیوند کوچک ساخته شده از پلی تترا فلوواتو اتیلن منبسط شده (ePTFE) استفاده کردند؛ همان ماده متخلخی که ترکیباتی نزدیک به تفلون دارد. هنگامی که آنها AECهای مشتق‌شده از سلولهای بنیادی با کیفیت را تولید کردند، روش‌هایی را برای هماهنگی آنها با گرافت‌های ePTFE ایجاد کردند.
مافورت می‌گوید: «از مزایای استفاده از سلولهای بنیادی پرتوان می‌توان به توانایی خود نوسازی، فراهم کردن یک منبع سلولی نامحدود و متمایز از هر نوع سلول انسانی اشاره‌کرد.»
با این حال، محققان با یک چالش روبه‌رو شدند؛ ePTFE آبگریز است و آب را دفع می‌کند، بنابراین آنها باید راهی برای اصلاح سطح گرافت‌ها پیدا کنند تا سلول‌ها بتوانند به هم متصل شوند.
جو ژانگ، نویسنده اول این مطالعه و دانشمند سابق آزمایشگاه تامسون که این روش را توسعه داده است، می‌گوید: «ما از پروتئین‌های چسبنده ساخته شده در صدف‌ها، به ویژه دوپامین، جزء شیمیایی این پروتئین‌ها الهام‌گرفتیم.»
آنها از یک پوشش دو لایه با دوپامین و ویترونکتین (پروتئین چسبنده سلولی دیگر) برای اتصال AECها به سطح داخلی گرافت‌های ePTFE استفاده کردند. آنها این پوشش را در برابر جریان فیزیولوژیکی تولید شده توسط یک پمپ آزمایش کردند و نشان دادند که سلولهای زیست‌مهندسی، یکنواخت و پایدار باقی می‌مانند.
درمرحله بعد، آنها گرافت‌ها را در شریان‌های فمورال ماکاک‌های رزوس (یک مدل پریمات معمولی غیرانسانی که برای شباهت‌های‌شان با زیست‌شناسی انسان استفاده می‌شود) کاشتند. موفقیت هر پیوند به سلول‌هایی بستگی دارد که «مجموعه سازگاری بافتی اصلی» (هر دو کلاس MHC کلاس I و کلاس II) را بیان می‌کنند؛ گروهی از پروتئین‌ها که در پاسخ ایمنی برای پس‌زدن جسم خارجی نقش‌دارند.با استفاده از این مدل، نویسندگان ترکیب‌های مختلف گرافت‌ها را برای ارزیابی میزان «پس‌زدن ایمونولوژیکی» (پس‌زدن عضو پیوندی توسط بدن) آزمایش کردند.
گرافت‌ها هر دو هفته یک‌‌بار با تصویربرداری اولتراسوند بررسی می‌شد تا نشانه‌های شکست، به‌ویژه تنگی، ضخیم‌شدن دیواره سلولی یا ترومبوز (لخته خون در گرافت) بررسی شود. در کمال تعجب محققان، ۵۰ درصد از پیوندهای MHC کلاس II شکست خوردند. ژانگ می‌گوید: «از آنجا که حذف MHC کلاس I و II پاسخ سلولهای T را کاهش می‌دهد، ما فرض می‌کنیم که سلولهای کشنده طبیعی می‌توانند نقشی در میانجی‌گری پس‌زدن ایمونولوژیکی این پیوندها ایفا‌کنند.»
از سوی دیگر، پیوندهای نوع وحشی (MHC(wildtype، عملکرد طبیعی خود را به مدت شش ماه حفظ کردند که موفق‌تر از سایر پیوندها بود.نویسندگان همچنین مشاهده کردند که اندوتلیوم پیوند با سلولهای میزبان مجددا پر شده که به موفقیت طولانی‌مدت کمک می‌کند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این پیوندهای زیست‌مهندسی شده می‌توانند زمینه جراحی بای‌پس عروقی را پیش ببرند و فرصت‌هایی را برای آزمایش‌های بالینی انسانی باز کنند.
ساموئل‌پور،رئیس بخش جراحی پلاستیک بیمارستان دانشگاه ویسکانسین ــ مدیسون و یکی ازنویسندگان این مطالعه،می‌گوید: «این یک پروژه هیجان‌انگیز و مشارکتی با پتانسیل تبدیل‌شدن به یک پیشرفت واقعی بالینی است. پیوندهای عروقی مبتنی بر سلولهای بنیادی، پتانسیل گسترش اندیکاسیون‌های جراحی، محدودکردن عوارض عمل‌ها و ارائه گزینه‌هایی برای جراحی را دارند که در حال حاضر وجود ندارند و بر تخصص‌های فوق‌‌العاده‌ای مانند جراحی پلاستیک وترمیمی،جراحی عروق و قلب تأثیر می‌گذارند.»