آیا می‌توانیم ماهیچه‌ٔ قلب را با سلول‌های بنیادی احیا کنیم؟

مایلم راجع به بیماری به نامدونا با شما صحبت کنم. در این عکس، دونا در اواسط ۷۰ سالگی بود، یک زن قوی و سالم، سرپرست یک خاندان بزرگ بود. با وجود این، او سابقه خانوادگیبیماری قلبی داشت. و یک روز، دچار حمله‌یناگهانی درد قفسه سینه شده بود. اما متاسفانه به جای اینکه به دنبالمراقبت‌های پزشکی باشد، دونا در حدود ۱۲ ساعت به تختخود رفت تا درد از بین برود. دفعه بعد که به دیدن پزشک خود رفت، از او یک نوارقلب گرفت، که نشان داد او حمله‌یبزرگ قلبی داشته است، یا «سکته قلبی» در زبان پزشکی.
بعد از این حمله قلبی، دونا هیچ وقت مثل سابق نشد. میزان انرژی او به تدریج کاهش یافت. نمی‌توانست فعالیت‌های فیزیکی زیادی را کهپیش از این از آن لذت می‌برد انجام دهد. به جایی رسید که نمی‌توانستبا نوه‌هایش همراه شود، و تا انتهای ورودی رفتنهم برایش کار زیادی بود تا نامه‌ها را بردارد. یک روز، که نوه‌اش آمد تا سگ را برای پیاده‌روی بیرون ببرد، مادر بزرگش را روی صندلی مرده یافت. پزشکان گفتند که این یک بی نظمی قلب بود که متعاقبا به نارسایی قلبی منجر شد. اما آخرین چیزی که باید به شما بگویم این است که دونا فقط یک بیمارعادی نبود. دونا مادرم بود.
متاسفانه داستان‌هایی مانندداستان‌ ما بسیار رایج هستند. بیماری‌های قلبی قاتل شماره یک در کل دنیا هستند. در ایالات متحده، رایج ترین دلیل بستری شدن بیماران در بیمارستان هستند، و هزینه شماره یک مراقبت سلامتی‌مان است. ما بالغ بر ۱۰۰ میلیارد دلار--بیلیون با "B" -- در این کشور سالانه صرف مداوای بیماری‌های قلبی می‌کنیم. تنها برای اشاره باید بگویمبیش از دو برابر بودجه سالانه ایالت واشنگتن.
چه باعث شده این بیماری این قدر کشنده باشد؟ خب، همه چیز با این حقیقت شروعمی‌شود که قلب کوچکترین عضو احیا کننده در بدن انسان است. حالا حمله قلبی زمانی اتفاق می‌افتد کهیک لخته خونی در شریان کرونری که خون را به دیواره‌ی قلب می‌رساند، شکل می‌گیرد. این لخته جریان خون را مسدود می‌کند، و ماهیچه قلب به لحاظسوخت‌وساز خیلی فعال است، بنابراین خیلی سریع می‌میرد، فقط در عرض چند ساعتبعد از مختل شدن جریان خون آن. از آنجا که ماهیچه‌هایجدید قلب نمی‌توانند رشد کنند، با شکل گیری زخم درمان می‌شود. این روند در اندازه عضله‌ی قلب بیمار نقصی ایجاد می‌کند. و در بسیاری از مردم، پیشرفت بیماری آن‌ها به نقطه ای می‌رسد که قلب دیگر نمی‌تواند به تقاضای بدنبرای جریان خون ادامه دهد. این عدم تعادل بین عرضه و تقاضا،مهمترین علت نارسایی قلبی است.
بنابراین وقتی با مردم درباره اینمشکل صحبت می‌کنم. اغلب شانه بالا می‌اندازند وو اینطور واکنش نشان می‌دهند که «خب، می‌دانی چاک، بالاخره ما هم باید به یک دلیلی بمیریم.»
(خنده حضار)
اما پیام این جمله برای من این است که که ما خودمان را تسلیم وضع موجودکرده‌ایم چون باید تسلیم می‌شدیم. یا چه باید می‌کردیم؟ فکر می‌کنم روش بهتری هم وجود دارد، و این روش بهتر شامل استفاده ازسلول‌های بنیادی به عنوان دارو است.
پس دقیقا، سلول‌های بنیادی چه هستند؟ اگر زیر میکروسکوپ به آن‌ها نگاه کنیدچیز زیادی دستگیرتان نمی‌شود. آن‌ها سلول‌های گرد کوچک ساده ای هستند. اما آن دو ویژگی قابل‌توجهرا به تصویر می‌کشد. اول این که آن‌ها می‌توانند به مقدارزیادی تقسیم شوند. بنابراین می‌توانم یک سلولتنها را بگیرم و ظرف یک ماه، این سلول را به میلیاردها سلول تبدیل کنم. دوم این است که آن‌ها می‌توانند دگرگون شوند یا مخصوص به‌کاری شوند. پس این سلول‌های کوچک گرد می‌توانند به پوست، مغز، کلیه و خیلی چیزهای دیگر تبدیل شوند. حالا، برخی از بافت‌ها در بدن ما پر ازسلول‌های بنیادی هستند. برای مثال مغزاستخوان ما روزانهمیلیاردها سلول خونی تولید می‌کند. بافت‌های دیگر مثل قلب، کاملا پایدار هستند، تا جایی که می‌توانیم بگوییم، قلبدر کل فاقد سلول‌های بنیادی است. پس برای قلب، باید سلول‌های بنیادی را از جایی بیرون از فلب بیاوریم. و به این خاطر، ما بهموثرترین نوع سلول بنیادی یعنی سلول بنیادی پرتوان باز می‌گردیم. دلیل نام گذاری سلول‌هایبنیادی پرتوان این است که می‌توانند به هر یک از ۲۴۰ نوع سلولی که بدن انسان را می سازند تبدیل شوند.
پس این ایده‌ی بزرگ من است: می‌خواهم سلول‌های بنیادیپرتوان انسان را بردارم، آن‌ها را در تعداد زیادی رشد دهم، آن‌ها را به سلول هایماهیچه‌ای قلب تبدیل کرده و آن‌ها را از ظرف کشت بردارم و به قلب بیمارانی که حملاتقلبی داشته‌اند پیوند دهم. فکر می‌کنم که به این طریق دیواره‌ی قلببافت ماهیچه‌ای جدیدی می‌سازد، و این باعث احیای مجددعملکرد انقباضی قلب خواهد شد.
(تشویق حضار)
قبل از اینکه زیاد کف بزنید، باید بگویمکه این ایده‌ی ۲۰ سال پیش من بود
(خنده حضار)
من جوان بودم و سخت در اشتباه. من فکر می‌کردم بعد از پنج سال داخل آزمایشگاهآن را تولید خواهیم کرد، و به کلینیک خواهیم برد. اجازه دهید بگویم واقعا چه اتفاقی افتاد.
(خنده حضار)
ما با تلاش برای تبدیل این سلول‌های بنیادیپرتوان به ماهیچه‌های قلب شروع کردیم. اولین آزمایش‌هایمان یک جورایی جواب داد. ما این دسته‌های کوچک ضربان‌سازعضلهقلب انسان را در محیط کشت داشتیم. خیلی جالب بود چون بهاین معنا بود که از نظر تئوری این کار شدنی است. اما وقتی که نوبت به شمارش سلول رسید، متوجه شدیم که تنها یکیاز ۱٫۰۰۰ سلول بنیادی ما به ماهیچه‌ی قلب تبدیل شده است. بقیه فقط مخلوطی از مغز و پوست و غضروف و روده بود. پس چگونه سلولی بسازیم که که بتواند تبدیل به یکسلول ماهیچه‌ای قلب شود؟
خب، برای این به دنیای جنین‌شناسی سر زدیم. بیش از یک قرن بود که جنین شناسان
در پی رازهای تشکیل قلب بودند. آن‌ها به ما گوگل مپی دادند تا بفهمیم چگونه از یک تخم بارور شده به یک سیستم قلبی-عروقی انسانی برسیم. بنابراین ما با بی‌شرمی تمام این اطلاعات را پنهان کردیم و سعی کردیم تا رشد عضلات قلبانسان را در یک ظرف انجام دهیم. پنج سال طول کشید، اما امروزه، ما می‌توانیم ۹۰ درصد از سلول‌هایبنیادی‌مان را به عضله‌ی قلب -- با پیشرفت ۹۰۰ برابر تبدیل کنیم. پس این بسیار هیجان انگیز بود.
این اسلاید، محصول سلولی فعلیما را به شما نشان می‌دهد. ما سلول‌های ماهیچه‌ای قلب خود را دردسته‌های کوچک سه بعدی رشد می‌دهیم. که اندام‌واره‌های قلبی(اورگانوئید) نامیده می‌شوند هر یک از آن‌ها ۵۰۰ تا۱۰۰۰سلول ماهیچه‌ای قلب دارند. اگر دقیق تر نگاه کنید، می‌بینید که ایناندام‌واره‌های کوچک تکان می‌خورند؛ هر یک به طور مستقل ضربان دارند. اما آن‌ها حقه‌ی دیگری در آستین دارند. ما یک ژن از ستاره‌دریایی که در شمال‌غربیاقیانوس آرام زندگی می‌کند را برداشتیم. و با استفاده ازتکنیکیبه نام ویرایش ژنوم این ژن را به سلول‌های بنیادی متصل کردیم. این باعث می‌شود که سلول‌های ماهیچه‌ایقلب هر بار که می‌زنند، سبز شوند.
خب، حالا ما آماده‌ بودیم که آزمایش‌ها را روی حیوانات را شروع کنیم. ما سلول‌های ماهیچه‌ای قلب را برداشتیم و و آن‌ها را به قلب موش‌هایآزمایشگاهی پیوند زدیم که آنهارا برای آزمایشدچارحمله قلبی‌ کرده بودند یک ماه بعد، با دلواپسی به زیرمیکروسکوپ نگاه کردم. تا ببینم چه رشد داده‌ایم. و دیدم ... هیچ چیز. همه چیز نابود شده بود. اما در این مورد پافشاری کردیم،و با یک کوکتل بیوشیمیایی همراه شدیم که نامش را «کوکتل پیش‌بقا» گذاشیم. و این کافی بود تا بهسلول‌های خود اجازه دهیم طی فرآیند پر استرس پیوند زنده بمانند. وقتی که از میکروسکوپ نگاه کردم، می‌توانستم این عضله‌ی قلب جوان و شاداب را ببینم که در دیواره‌ی زخمی قلب اینموش رشد می‌کرد. خب، داشت خیلی هیجان انگیز می‌شد.
سوال بعدی این بود که: آیا ضربان ماهیچه جدیدبا بقیه قلب هماهنگ می‌شود؟ پس برای پاسخ به این سوال، ما به سلول‌هایی که ژن عروس‌دریایی رادر آن‌ها داشتند برگشتیم. اساسا از این سلول‌ها به عنوانکاوشگرفضایی استفاده کردیم که می‌توانستیم با آنها به یک محیط خارجی برویم و سپس آنها آن گزارش درخشان در مورد فعالیت زیستی‌شان را به ما دادند. چیزی که شما اینجا می‌بینید یک تصویر بزرگنمایی شده، یک تصویر سیاه وسفیداز قلب یک موش است که مجروح شده و سپس سه پیوند از ماهیچه‌یقلب انسان ما را دریافت کرده است. پس شما آن نوع خطوط مورب را می‌بینید. هر یک از آن‌ها یک راه سوزنی است که شامل چندین میلیون سلولماهیچه‌ای قلب انسان می‌شود. وقتی که ویدئو را شروع می‌کنم،شما می‌توانید آنچه را که هنگام نگاه کردن با میکروسکوپ دیدیم را ببینید. سلول های ما برق می‌زنند، و آن‌ها همزمان چشمک می‌زنند، و از طریق دیوارهای قلب زخمی برمی‌گردند.
این چه معنی می‌دهد؟ این به این معنی است که سلول‌ها زنده هستند. خوب هستند. آن‌ها ضربان دارند. و آن‌ها موفق شده‌اند با یکدیگرارتباط برقرارکنند تا جایی که آن‌ها بطورهماهنگ ضربان دارند. اما حتی جالب تر از این هم می‌شود. اگر به نوساناتی که درانتهایاین تصویر است نگاه کنید، نوارقلب خود موش آزمایشگاهی را می‌بینید. اگر نور فلاش را با ضربان قلبی که در پایین نشان داده شده است هم راستا کنید، می‌بینید که بین آنها تطابق کامل یک به یک برقرار است. به عبارت دیگر، ضربان سازطبیعی موش آزمایشگاهی فرمان می‌دهد، و سلول های ماهیچه‌ای قلب انسان مثل سربازان خوب رژه می‌روند.
(تشویق حضار)
به نظر من مطالعات فعلی ما دارد به سمت بهترین نشان‌دهند‌هممکن برای بیماری انسان، یعنی میمون ماکاکو می‌رود. اسلاید بعدی یک تصویر میکروسکوپی از قلب یک ماکاکو را نشان می‌دهد که به اویک حمله قلبی آزمایشی داده‌اند و سپس با تزریق سالین درمان کرده بودند. این اساسا شبیه به یک درمان شبه دارویی، برای نشان دادن سابقه‌ی طبیعی این بیماری است. ماهیچه قلب ماکاکو به رنگقرمز نشان داده شده است. و رنگ آبی، بافت زخمی را نشان می‌دهدکه از حمله قلبی ناشی می‌شود. خوب، همانطور که نگاه می‌کنید،می‌بینید که در این قسمت از دیواره‌ی قلب نقص بزرگی در ماهیچه‌ی قلب وجود دارد. و به راحتی می‌توان تصور کردکه این قلب با چه مشقتی این نیرو را تولید کرده است.
حالا در مقابل، این یکی ازقلب‌های درمان شده با سلول‌های بنیادی را داریم. دوباره، شما می‌توانید ماهیچه‌هایقلب میمون را به رنگ قرمز ببینید. اما حتی به سختی می‌توانید بافت زخم را به رنگ آبی ببینید، چون ما توانسته‌ایم آن را با ماهیچه‌ی قلب انسان پرکنیم، و بنابراین ما این دیواره‌ی عالیگرد را به دست آوریم.
خوب، بگذارید در چند لحظه جمع‌بندی کنم. من به شما نشان دادم که می‌توانیمسلول‌های بنیادیمان را برداریم و آن‌ها را به ماهیچه‌های قلبی تبدیل کنیم. ما یاد گرفته‌ایم که چگونه آن‌ها رابعد از پیوند زنده نگه داریم، نشان دادیم که آنهاهماهنگ با کل قلب می‌تپند. نشان داده ایم که می‌توانیمآنها را درمقیاس حیوانی بزرگ کنیم که بهتریننشان‌دهنده‌ی ممکن از واکنش انسان‌ها است. ممکن است فکر کنید که ما تمام موانع را از سر راهمان برداشتیم، درسته؟ معلوم شد که نه.
این مطالعات روی ماکاکوهمچنین به ما یاد داد که سلول‌های ماهیچه‌ای قلب انسانیک دوره بی‌ثباتی الکتریکی ایجاد کردند. آن‌ها چندین هفته پس از پیوند زدن یک آریتمی بطنی، یا ضربانقلب نامنظم ایجاد کردند. این کاملا غیرمنتظره بود، چون ما این را درحیوانات کوچک‌تر ندیده بودیم. ما آن را به طور گسترده مطالعه کردیم. و مشخص شد که از این واقعیتنتیجه می‌شود که گراف‌های سلولی ما کاملا نابالغ هستند. و همه سلول‌های ماهیچه‌ای قلب نابالغمثل ضربان‌ساز‌ها عمل می‌کنند. بنابراین چیزی که اتفاق می‌افتد این است،که ما آن‌ها را در قلب قرار می‌دهیم ودر آنجا با ضربان طبیعی قلببر سر اینکه چه کسی رهبری را برعهده بگیرد رقابت می‌کنند. این یک جورایی شبیه به آن است که که اگر یک دسته نوجوانان را در خانه منظم خود در یک جا جمع کنید، و آن‌ها نخواهند از قوانین و آهنگیکه شما برقرارکرده‌اید پیروی کنند. مدتی طول می‌کشد تاهمه افراد را کنترل کرده و آنها را وادار کنید تا بهشکلی هماهنگ کار کنند. برنامه‌ی ما در حال حاضر این است که کاری کنیم تا سلول‌هااز این دوره مشکل‌سازبلوغ بگذرند در حالی که هنوز در ظرف هستند، و سپس آن‌ها را در مرحله‌یبعد از بلوغ پیوند خواهیم زد. جایی که آن‌ها باید بسیار منظم بوده و آماده شنیدن فرامین اجرایی‌شان باشند. در عین حال، مشخص می‌شود که ما با داروهای ضد آریتمی هممی‌توانیم به خوبی عمل کنیم.
بنابراین یک سوال بزرگ هنوز باقی می‌ماند، و البته تمام هدف ما این است کهاین کار را انجام دهیم: آیا واقعا می‌توانیم عملکرد را بهقلب مجروح برگردانیم؟ برای پاسخ به این سوال، ما به سراغ چیزی به نام «کسر تخلیه‌اى بطن چپ» رفتیم. کسر تخلیه‌ای مقدار خونی است که که با هر تپش از حفره قلب بیرون کشیده می‌شود. حالا، در ماکاکوهای سالم، مانند افراد سالم، کسر تخلیه‌ای حدود ۶۵ درصد است. پس از حمله‌ی قلبی، کسر تخلیه‌ایحدود ۴۰ درصد کاهش می‌یابد. بنابراین این حیوانات درمسیر نارسایی قلبی قرار دارند. در حیواناتی که یک تزریق دارونما را دریافت کرده‌اند وقتی یک ماه بعد آن‌ها را اسکن می‌کنیم، می‌بینیم که کسر تخلیهبدون تغییر باقی مانده، زیرا قلب به طورخود به خود بهبود نمی‌یابد. اما در هر یک از حیواناتی که پیوندی از سلول‌های ماهیچه‌ایقلب دریافت می‌کنند، شاهد بهبود اساسی در عملکرد قلبی هستیم. این میانگین هشت دهم به طورمتوسط ۴۰ تا ۴۸ درصد بود. چیزی که می‌توانم به شما بگویماین است که هشت درصد بهتراز هر چیز دیگری است که در بازاربرای درمان بیماران دارای مشکل حملات قلبی بکار می‌رود. بهتر از هر چیزی است که تا کنوندر این باره صورت گرفته است. بنابراین اگر ما بتوانیم هشت درصد رادر کلینیک انجام دهیم، فکر می‌کنم که اقدام مهمیبوده و تاثیر زیادی در سلامت انسان بگذارد.
اما هیجان انگیزتر هم می‌شود. این فقط چهار هفته پس از پیوند بود. اگر این مطالعات را تا سه ماه ادامه دهیم، یک افزایش ۲۲ امتیازی کامل در کسر تخلیه‌ای بدست می آوریم.
(تشویق حضار)
عملکرد در این قلب‌هایدرمان یافته چنان خوب است که اگر ما نمی‌دانستیم کهاین حیوانات حمله قلبی داشته‌اند، هرگز از مطالعه‌یعملکردشان به آن پی نمی‌بردیم.
در ادامه، نقشه ما این استکه مرحله‌ی اول آزمایش‌های انسانی را نخست در اینجا در دانشگاه واشنگتندر سال ۲۰۲۰ شروع کنیم -- دوسال بعد از الان. با فرض این که اگر این مطالعات بی‌خطر و موثر باشند، که فکر می‌کنم این گونه باشد، قصدداریم که مقدار آن را افزایش داده واین سلول‌ها را برای درمان بیماران مبتلا به بیماری‌های قلبیبه سراسر جهان ارسال کنیم. با توجه به بار جهانی این بیماری، می‌توانم تصورکنم که این روش در سالیک میلیون بیمار یا بیشتر را درمان می‌کند.
بنابراین من زمانی را پیش‌بینیمی‌کنم، شاید یک دهه بعد، جایی که یک بیمار مثل مادرمدرمان واقعی خواهد داشت که می‌تواند به جز علایم، علل آن راریشه‌ای بررسی کرده و کنترل کند. این‌ها همه از این حقیقت ناشی می‌شودکه سلول‌های بنیادی توانایی ترمیم بدن انسان را از اجزای سازنده خود به ما می‌دهند.
در آینده ای نه چندان دور، تعمیر انسان‌ها از چیزی دور از ذهن که مانند داستان علمی تخیلی است به روال پزشکی رایج تبدیل خواهد شد. و هنگامی که این اتفاق بیفتد، یک اثر تبدیلی خواهد داشت که باعث رشد واکسیناسیون وآنتی بیوتیک‌ها می‌شود.
از توجه شما سپاسگزارم.
(تشویق حضار)