تمكن العلماء من زراعة أكثر من 400 نوع من الخلايا العصبية من الخلايا الجذعية

الخلايا العصبية ليست مجرد خلايا عصبية. عند التدقيق فيها بدقة، تشير أحدث التقديرات إلى وجود مئات، بل آلاف، من أنواع الخلايا العصبية المختلفة في الدماغ البشري. تختلف هذه الأنواع في وظائفها، وعدد وطول عملياتها، وكيفية ارتباطها ببعضها البعض. تُطلق هذه الخلايا نواقل عصبية مختلفة في المشابك العصبية، وتنشط أنواع مختلفة من الخلايا حسب منطقة الدماغ - القشرة المخية أو الدماغ المتوسط، على سبيل المثال.

عندما قام العلماء بزراعة خلايا عصبية من خلايا جذعية في أطباق بتري للتجارب، لم يتمكنوا من تفسير كل هذا التنوع. حتى وقت قريب، كان الباحثون قد طوروا أساليب لزراعة بضع عشرات فقط من أنواع الخلايا العصبية المختلفة في المختبر. ولتحقيق ذلك، استخدموا أساليب الهندسة الوراثية أو أضافوا جزيئات إشارات لتنشيط مسارات إشارات محددة داخل الخلايا. لكنهم لم يقتربوا قط من رصد تنوع مئات أو آلاف أنواع الخلايا العصبية المختلفة الموجودة في الجسم.

تقول باربرا تروتلين، الأستاذة في قسم علوم وهندسة النظم الحيوية في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ في بازل: "غالبًا ما تُستخدم الخلايا العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية لدراسة الأمراض. ولكن حتى الآن، غالبًا ما تجاهل الباحثون أنواع الخلايا العصبية التي يعملون عليها".

ومع ذلك، تقول إن هذا ليس النهج الأفضل لمثل هذا العمل.

"إذا أردنا تطوير نماذج خلوية لدراسة الأمراض والاضطرابات مثل الزهايمر وباركنسون والاكتئاب، فنحن بحاجة إلى النظر في النوع المحدد من الخلايا العصبية المشاركة في العملية المرضية."

الفحص المنهجي كمفتاح للنجاح

تمكنت تروتلين وفريقها الآن من إنتاج أكثر من 400 نوع مختلف من الخلايا العصبية بنجاح، مما مهد الطريق لأبحاث عصبية أساسية أكثر دقة باستخدام مزارع الخلايا.

حقق علماء المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ هذا الهدف من خلال العمل على مزرعة خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات مُستحثة، مُشتقة من خلايا الدم. في هذه الخلايا، عدّلوا وراثيًا بعض الجينات التنظيمية العصبية، وعالجوا الخلايا بمُورِجات مُختلفة - وهي فئة خاصة من جزيئات الإشارة. استخدم فريق تروتلين نهجًا منهجيًا: سبعة مُورِجات بتركيبات وتركيزات مختلفة في تجارب الفحص. نتج عن ذلك في النهاية ما يقرب من 200 مجموعة مختلفة من الظروف التجريبية.

المورفوجينات

المُورفوجينات هي مواد إشارية معروفة من دراسات التطور الجنيني. تتوزع هذه المُورفوجينات بشكل غير متساوٍ في الجنين، وتُشكل بتركيزات مختلفة تدرجات مكانية. وبالتالي، فهي تُحدد موقع الخلايا في الجنين - على سبيل المثال، ما إذا كانت الخلية أقرب إلى محور الجسم أم تقع في الخلف، أو على البطن، أو في منطقة الرأس أو الجذع. وبناءً على ذلك، تُساعد المُورفوجينات في تحديد البنى التي ستتشكل في أجزاء مختلفة من الجسم.

استخدم العلماء تقنيات تحليل متنوعة لإثبات نجاحهم في الحصول على أكثر من 400 نوع مختلف من الخلايا العصبية في التجربة. درسوا الحمض النووي الريبوزي (وبالتالي النشاط الجيني) على مستوى الخلايا الفردية، بالإضافة إلى مظهر الخلايا ووظيفتها، مثل أنواع العمليات الخلوية التي تحدث فيها والنبضات العصبية الكهربائية التي تُصدرها.

قارن الباحثون بعد ذلك بياناتهم بمعلومات من قواعد بيانات الخلايا العصبية في الدماغ البشري. سمح لهم ذلك بتحديد أنواع الخلايا العصبية المُنتجة، مثل خلايا الجهاز العصبي المحيطي أو خلايا الدماغ، بالإضافة إلى منطقة الدماغ التي أتت منها، ومسؤولية هذه الخلايا عن الإحساس بالألم والبرد والحركة، إلخ.

الخلايا العصبية في المختبر للبحث عن المواد الفعالة

قال تروتلين إنهم ما زالوا بعيدين عن إنتاج جميع أنواع الخلايا العصبية الموجودة في الجسم في المختبر. ومع ذلك، أصبح بإمكان الباحثين الآن الوصول إلى أنواع مختلفة من الخلايا أكثر بكثير من ذي قبل.

يريدون استخدام الخلايا العصبية المزروعة في المختبر لتطوير نماذج خلوية لدراسة أمراض عصبية خطيرة، بما في ذلك الفصام، والزهايمر، وباركنسون، والصرع، واضطرابات النوم، والتصلب اللويحي. وتُعد هذه النماذج الخلوية ذات أهمية كبيرة للأبحاث الدوائية، إذ تتيح اختبار تأثيرات المركبات الفعالة الجديدة في مزارع خلوية دون استخدام الحيوانات، بهدف نهائي يتمثل في اكتشاف علاج لهذه الأمراض يومًا ما.

وفي المستقبل، يمكن أيضًا استخدام هذه الخلايا في علاج استبدال الخلايا، حيث يتم استبدال الخلايا العصبية الدماغية المريضة أو الميتة بخلايا بشرية جديدة.

لكن قبل أن يحدث ذلك، هناك مشكلة يجب حلها: في تجاربهم، غالبًا ما أنتج الباحثون مزيجًا من عدة أنواع مختلفة من الخلايا العصبية. وهم يعملون الآن على تحسين الطريقة بحيث تُنتج كل حالة تجريبية نوعًا واحدًا محددًا فقط من الخلايا. ولديهم بالفعل بعض الأفكار الأولية حول كيفية القيام بذلك.