مقالات مشابهة
ليس سرًا أن رئتينا تلعبان دورًا حيويًا في حياتنا اليومية، حيث تضمن قدرتنا على التنفس، ودرء العدوى، والتكيف مع التحديات المختلفة. على الرغم من أهميتها، إلا أن الأعضاء لا تزال تحير الكثير من خبراء الطب، خاصة عندما تتأثر بالأمراض. في حين أن الأدوات التقليدية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي تكون مفيدة عندما يعاني المريض من مرض متعلق بالرئة، إلا أنها لا تزال غير قادرة على توفير المعلومات التفصيلية في الوقت الحقيقي اللازمة لفهم تعقيدات صحة الرئة.
أدخل الابتكار الرائد المعروف باسم القفص الصدري البلوري. تم تطوير هذه التقنية من قبل باحثين في كلية الهندسة بجامعة بوسطن، ومركز الرئة، ومركز علم الأحياء الميكانيكي المتعدد النطاق والتحويلي، ومركز علم الأعصاب، وهي مهيأة لإحداث ثورة ليس فقط في فهمنا لوظيفة الرئة، ولكنها تحمل أيضًا إمكانات هائلة للأعضاء والعلاجات الأخرى.
وفي بحث جديد، نشرت هذا الشهر في طرق الطبيعةيعمل القفص الصدري البلوري كدرع وقائي واضح لرئتي الفأر، مما يسمح للعلماء بالحصول على رؤية قريبة لكيفية عمل هذه الأعضاء في الوقت الفعلي، وعلى المستوى الخلوي. وما يجعل هذه التكنولوجيا مميزة هو أنها لا تعطل العمليات الطبيعية للرئة، حيث يستمر التنفس والدورة الدموية كالمعتاد بينما يراقب الباحثون.
في هذه الأسئلة والأجوبة، يناقش المؤلف الرئيسي الدكتور هادي نيا القفص الصدري البلوري، وكيف يعيد تشكيل فهمنا لأبحاث الرئة، واستخداماته المحتملة خارج الرئتين.
الرئة هي موقع للعديد من الأمراض القاتلة مثل السرطانات الأولية والمنتشرة، والتهابات الجهاز التنفسي والأمراض الانسدادية والمقيدة التي تؤثر على وظائفها على المستوى الخلوي. مع طرائق التصوير الحالية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير المقطعي، والتحليلات النسيجية، لا يمكن حل الأحداث الديناميكية للخلية المفردة في المراحل المبكرة من تطور المرض، مثل تفاعلات الخلايا المناعية مع الخلايا السرطانية والبكتيريا.
باستخدام القفص الصدري البلوري، يمكننا لأول مرة تصوير رئة الفأر وصولاً إلى المستويات الخلوية بينما تحتفظ بوظائفها الفسيولوجية مثل التنفس ودورة الدم والنشاط المناعي. نحن الآن قادرون على دراسة العديد من أمراض الرئة في الخطوات الأولى لبدء المرض.
يسمح التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب برؤية الرئة بأكملها، لكن دقةهما المكانية والزمانية منخفضة، ولا يمكن حل الأكياس الهوائية المفردة (المعروفة باسم الحويصلات الهوائية)، والشعيرات الدموية المفردة، والأحداث الخلوية مثل هجرة الخلايا المناعية والسرطانية. من ناحية أخرى، يسمح القفص الصدري البلوري باستخدام المجهر الضوئي عن طريق استبدال القفص الصدري الفعلي المصنوع من العظام والعضلات وبالتالي حجب الضوء، بواسطة ضلع شفاف مصنوع من مواد متوافقة حيوياً.
نظرًا لأن القفص الصدري البلوري له نفس الخصائص الهندسية والمادية للضلع الفعلي، فيمكن للرئة الحفاظ على وظائفها الفسيولوجية كما يتم تصويرها بواسطة المجهر الضوئي. إذا تم دمجها مع مجهر سريع بما فيه الكفاية، يمكن تصوير الأحداث الديناميكية مثل حركة الخلايا وتدفق الدم في الوقت الحقيقي عندما تكون الرئة في حالة عمل. تفتح هذه التقنية بشكل أساسي الصندوق الأسود للرئة في الصحة والمرض، وتوفر مشاهدات حقيقية للرئة لم يسبق لها مثيل من قبل.
تم تصميم تصميم القفص الصدري البلوري من خلال التصوير المقطعي المصغر للقفص الصدري للفأر الأصلي للتأكد من أن الرئة يمكن أن تعمل من الناحية الفسيولوجية داخل القفص الصدري البلوري. يتم تهوية الرئة داخل القفص الصدري البلوري إما بالضغط الإيجابي لمحاكاة التهوية الميكانيكية، أو بالضغط السلبي لمحاكاة التنفس التلقائي. يتم أيضًا تدوير الرئة بالوسائط أو الدم لتوفير العناصر الغذائية لخلايا الرئة. ثم يتم وضع القفص الصدري البلوري على مسرح المجهر ويتم تصوير الرئة بالدقة المطلوبة.
بالإضافة إلى إمكانيات التصوير التي يوفرها القفص الصدري البلوري، فإننا قادرون على التدخل بعدة طرق في التنفس أو الدورة الدموية، مثل إضافة الأدوية، أو تغيير المعلمات الفسيولوجية للرئة (على سبيل المثال، محاكاة التمرين عن طريق زيادة معدل التنفس وعمقه)، و دراسة التغيرات اللاحقة في بنية ووظيفة الرئة. إن إمكانية التحكم هذه، عند دمجها مع إمكانيات التصوير، تجعل من القفص الصدري البلوري تقنية تحويلية لدراسة العديد من أمراض الرئة الرئيسية.
لقد استخدمنا القفص الصدري البلوري لتصوير القلب بالتزامن مع الرئة عند ارتفاع ضغط الأوعية الدموية. ستسمح مثل هذه التجارب بإجراء مزيد من البحث في اقتران الدورة الدموية والتنفس في مرض مثل ارتفاع ضغط الدم الرئوي أو عدم انتظام ضربات القلب في المستقبل. ومع النجاح والحماس الذي ولّدناه، فإن التوجهات المستقبلية في مختبر نيا تشمل ترجمة أفكار مماثلة إلى الدماغ عن طريق تصنيع “جمجمة بلورية” لتصور الدماغ بأكمله أثناء عمله.
يقدم القفص الصدري البلوري هذه الدراسات بطريقتين:
على سبيل المثال، هناك بحث نشط حول المدة التي يمكننا فيها الحفاظ على الرئة البشرية قابلة للحياة بين العمليات الجراحية للمتبرع والمتلقي. هذه المرة، التي تبلغ حاليًا 6-8 ساعات، إذا تم تمديدها، يمكن أن تكون لا تقدر بثمن للغاية لأنها تسمح بتخزين ونقل العضو إلى مواقع زرع أخرى. يسمح القفص الصدري البلوري الخاص بنا بمراقبة الرئة الموجودة خارج الجسم بدقة بصرية، وبالتالي يسمح للباحثين بفهم أفضل لسبب عدم إمكانية الحفاظ على الرئة البشرية خارج الجسم لأكثر من 6-8 ساعات.
وكمثال آخر، هناك خط نشط من الأبحاث حول هندسة أنسجة الرئة. على الرغم من التقدم في هندسة الرئة، لا توجد طريقة موثوقة لتقييم وظيفة الرئة. يسمح القفص الصدري البلوري بهذا التقييم على المستوى الخلوي مع السماح بوظيفة الرئة المهندسة في بيئة فسيولوجية.
