دراسة: القلب على رقاقة إلكترونية.. آفاق واسعة ولكن!
القلب على رقاقة هو رقاقة ميكروفلويدية تحاكي آليات عمل القلب، وذلك لاختبار الأدوية بسرعة ومراقبة استجابة خلايا القلب. ويُبذل جهد كبير لمحاكاة ميكانيكا القلب في بنية اصطناعية مبطنة بخلايا قلب حية.
-
القلب الموجود على رقاقة هو رقاقة "ميكروفلويدية" (الرسم البياني: Nist)
تُبشّر التطورات الحديثة في أنظمة القلب على رقاقة بآفاق واعدة لتسهيل الدراسات الفيزيولوجية والمرضية والدوائية للقلب.
وتركز هذه المراجعة على تطوير أنظمة القلب على رقاقة ميكروفلويدية ذات وظائف مُخصصة للأنسجة. فمن جهة، تُحلل استراتيجيات تطوير أنسجة قلبية دقيقة على أنظمة القلب على رقاقة تُحاكي بدقة بنية وسلوك القلب الطبيعي، بما في ذلك تقليد الخصائص البنيوية والوظيفية للقلب.
ومن جهة أخرى، تُعرض تقنيات الرصد الفوري للإشارات الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية من الأنسجة القلبية الدقيقة على أنظمة القلب على رقاقة، والتي تشمل الإشارات الفيزيولوجية الكهربائية للقلب، والنشاط الانقباضي، والمؤشرات الحيوية.
علاوة على ذلك، تُناقش تطبيقات أنظمة القلب على رقاقة في الدراسات القلبية الذكية فيما يتعلق بالبحوث الفيزيولوجية/المرضية والتقييم الدوائي.
-
الرسم البياني (nlm.nih.gov)
أداة فعّالة لدراسة وظائف القلب البشري
برزت أجهزة القلب على رقاقة (HoC) كأداة فعّالة لدراسة وظائف القلب البشري المعقدة واختلالاته في المختبر.
وتعاني النماذج ما قبل السريرية التقليدية، مثل نموذج زراعة الخلايا ثنائي الأبعاد والنموذج الحيواني، من قصور في التنبؤ بدقة باستجابة الإنسان لأمراض القلب والأوعية الدموية وعلاجاتها.
وتعالج تقنية القلب على رقاقة هذه النواقص من خلال محاكاة التشريح والفيزيولوجيا والميكانيكا الحيوية للقلب على المستوى الميكروسكوبي، ما يوفر منصة أكثر ملاءمة سريرياً لاختبار الأدوية، ونمذجة الأمراض، والعلاج الشخصي.
Conduction system pacing for pacing-induced cardiomyopathy – could the cure be worse than the ill? #OpenAccess https://t.co/Tl1rYVsx2V pic.twitter.com/kih5UibYOe
— HeartRhythm (@hrs_journal) February 23, 2026
تطورات كبيرة في تقنية الرقاقة
شهدت السنوات الأخيرة تطورات كبيرة في تقنية القلب على رقاقة، مدفوعة بالتقدم في المواد الحيوية والإلكترونيات الحيوية وهندسة الأنسجة. نستعرض هنا أولًا بناء أجهزة القلب على رقاقة والكشف على رقاقة.
ثم نستعرض أحدث التطورات في النماذج المختبرية لدراسة أمراض القلب والأوعية الدموية القائمة على منصة القلب على رقاقة، بما في ذلك نقص التروية واحتشاء عضلة القلب، وتليف عضلة القلب، وندبة عضلة القلب، وتضخم عضلة القلب، وغيرها من نماذج أمراض القلب والأوعية الدموية. وأخيراً، نناقش التوجهات المستقبلية لتقنية HoC والتقنيات الناشئة ذات الصلة.
Device-Based Longitudinal Monitoring of Premature Atrial Contractions Before Atrial Fibrillation Onset@satoshihgc https://t.co/qtn8r9djFd pic.twitter.com/4M2pwyKfbx
— HeartRhythm (@hrs_journal) February 20, 2026
أمراض القلب: المرتبة الأولى
في إعلان منظمة الصحة العالمية عن الأسباب الرئيسية للوفاة عالمياً في عام 2020، احتلت أمراض القلب والأوعية الدموية المرتبة الأولى.
وكانت الزيادة في أمراض القلب والأوعية الدموية هي الأبرز بين الأسباب الـ 10 الأولى للوفاة في البلدان ذات الدخل المتوسط والعالي.
ففي عام 2019، توفي 18 مليون شخص في آسيا بسبب أمراض القلب والأوعية الدموية، ما يمثل 35% من إجمالي الوفيات في آسيا .
ويلعب اختيار نموذج البحث المناسب دوراً محورياً في دراسة أمراض القلب والأوعية الدموية.
ويستخدم الباحثون حالياً 3 نماذج رئيسية: النماذج البشرية، والنماذج الحيوانية، ونماذج الخلايا المخبرية، ولكل منها مزاياها وقيودها الخاصة.
تقييّد القضايا الأخلاقية
وتوفر النماذج البشرية بيانات مباشرة وواقعية في أبحاث أمراض القلب والأوعية الدموية. إلا أن استخدام النماذج البشرية، نظرًا لتضمنها تجارب سريرية على البشر، يُقيّد بالعديد من القضايا الأخلاقية.
وفي كثير من الحالات، يصعب تلبية جميع احتياجات البحث، لا سيما في بعض الدراسات الاستكشافية الأولية والدراسات التي تنطوي على مخاطر عالية.
-
الرسم البياني (nlm.nih.gov)
النماذج الحيوانية أسهل تطبيقاً
من ناحية أخرى، تُعدّ النماذج الحيوانية أسهل تطبيقاً نسبياً مقارنةً بالنماذج البشرية، مع قيود أقل، ويمكن استخدامها لدراسة مسببات أمراض القلب والأوعية الدموية وطرق علاجها.
مع ذلك، تعاني النماذج الحيوانية من بعض العيوب، مثل ارتفاع التكلفة وطول مدة الدراسة.
Hearts-on-a-chip can revolutionize heart health.https://t.co/qcBe5aQgTw
— ScienceAlert (@ScienceAlert) February 18, 2026
أخيراً، يُفضّل الباحثون نماذج الخلايا في المختبر نظراً لانخفاض تكلفتها وسهولة استخدامها. مع ذلك، ورغم قدرة نماذج الخلايا في المختبر على محاكاة وظائف الخلايا القلبية.
اقرأ أيضاً: ابتكار حبر حيوي بواسطة إفرازات الخلايا الجذعية لتحفيز ترميم الأنسجة
إلا أنها لا تستطيع محاكاة البيئة الفسيولوجية الحقيقية لهذه الخلايا بدقة تامة، وذلك لافتقارها إلى البيئات الفسيولوجية المعقدة في الجسم الحي، ما يحدّ إلى حد ما من استخدامها في أبحاث أمراض القلب والأوعية الدموية.
