حدد علماء معهد وايزمان للعلوم وشركاؤهم في البحث لأول مرة الخلايا المسؤولة عن أحد أهم أعمال الحياة - إنتاج الهرمون الذي يعطي الأمر لإنتاج خلايا الدم الحمراء؛ ومن المتوقع أن تفتح هذه النتائج آفاقا جديدة للعلاجات الطبية المبتكرة في حالات فقر الدم المختلفة
تحتاج خلايانا إلى الأكسجين مثل الهواء للتنفس. لتزويدهم بهذه الحاجة الأساسية، ينتج جسمنا حوالي 3-2 مليون خلية دم حمراء كل ثانية، أي حوالي ربع جميع الخلايا الجديدة التي يتم إنشاؤها في الجسم في أي لحظة. يتم تحديد هذه العملية بواسطة هرمون يسمى الإريثروبويتين (أو EPO للاختصار) والذي يتمثل دوره في الارتباط بالخلايا الأم لخلايا الدم الموجودة في نخاع العظم وتسبب في انقسامها وتكاثرها.
على الرغم من أن هذا الهرمون المهم تم تحديده منذ عقود مضت، إلا أنه حتى اليوم لم يكن معروفًا في أي خلايا الجسم يتم إنتاجه. في دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية طبيعة الطب علماء من المجموعة البحثية للبروفيسور. ايدو أميت وفي معهد وايزمان للعلوم وزملائهم الباحثين في إسرائيل وأوروبا والولايات المتحدة الأمريكية، اكتشفوا مجموعة فرعية نادرة من خلايا الكلى، وكشفوا أن هذه الخلايا هي المنتج الرئيسي للهرمون في جسم الإنسان. أطلق العلماء على الخلايا الجديدة اسم خلايا نورن على اسم نورن، وهم الشخصيات في الأساطير الإسكندنافية الذين ينسجون خيوط القدر في نسيج الحياة. وسوف تمهد النتائج التي توصلوا إليها الطريق لعلاجات طبية مبتكرة لمختلف حالات فقر الدم.
على نحو سلبي، تم نشر EPO بشكل رئيسي بسبب إساءة استخدامه من قبل الرياضيين. وأفضل مثال معروف على ذلك هو الدراج لانس أرمسترونج، الذي استخدم نسخة اصطناعية من الهرمون لتحسين قدرته على التحمل في طريقه إلى سبعة انتصارات متتالية في "سباق فرنسا للدراجات". ومع ذلك، فإن الإمكانات العلاجية الهائلة الكامنة في هذا الهرمون أكبر وأوسع بكثير من استخدامه كدواء لتحسين الأداء.
اعتبارًا من اليوم، يعاني أكثر من 10٪ من السكان في العالم الغربي من أمراض الكلى المزمنة، والتي تؤدي في كثير من الحالات إلى ضعف إنتاج EPO وفقر الدم الذي قد يهدد الحياة. حتى وقت قريب، كانت الطريقة الوحيدة لعلاج هذا النوع من فقر الدم هي استخدام EPO المصمم في المختبر للتعويض عن نقص الهرمون الطبيعي. في السنوات الأخيرة، وفي أعقاب اكتشافات جديدة حول استجابة خلايا الجسم لحالات نقص الأكسجين (نقص الأكسجة) - وهي اكتشافات أكسبت العلماء الذين اكتشفوها جائزة نوبل للطب لعام 2019 - تم تطوير العديد من الأدوية لزيادة إنتاج الأكسجين. المكتب الأوروبي للبراءات؛ تمت الموافقة على واحد منهم مؤخرًا من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA). ومع ذلك، وعلى الرغم من أن هذا الدواء قد ثبت فعاليته وآمنه، فإن تطويره - والأدوية الأخرى - تم دون معرفة هوية الخلايا المنتجة للـ EPO التي من المفترض أن تؤثر عليها.
""لعقود من الزمن، كانت هوية منتجي EPO مثيرة للجدل. ويمكن القول أن كل خلية في الكلى تقريبًا يُشتبه في أنها منتجة لهذا الهرمون في مرحلة أو أخرى.
يقول البروفيسور أميت: "إن اكتشاف الخلايا الضوئية سيجعل من الممكن الآن فهم كيفية عمل هذه الأدوية، والأهم من ذلك - أنه سيجعل من الممكن تطوير أدوية وعلاجات جديدة"، ويذكر كيف تم اكتشاف خلايا بيتا - منتجي الخلايا الضوئية. الأنسولين في البنكرياس - في الخمسينيات من القرن العشرين مهدت الطريق لعلاجات جديدة لمرض السكري. "على المدى الطويل، قد يتم تطوير أساليب علاجية جديدة تسمح بإعادة تنشيط خلايا نورين أو تجديد سكانها، على غرار العلاجات الرائدة التي تم تطويرها مؤخرًا لمرض السكري وتشمل استعادة خلايا بيتا الطبيعية إلى البنكرياس لدى المرضى. ،" هو يقول.
تاريخ موجز لالإريثروبويتين (EPO)
أول من وثق العلاقة بين توفر الأكسجين في البيئة وإنتاج خلايا الدم الحمراء هو الطبيب والباحث الفرنسي فرانسوا فيول، الذي لاحظ خلال رحلاته إلى البيرو في نهاية القرن التاسع عشر أن تواجده وزملاءه وازدادت كثافة الدم بعد هجرتهم من العاصمة ليما، الواقعة على مستوى سطح البحر، إلى منطقة جبلية فقيرة بالأكسجين، على ارتفاع 19 متر.
وبعد حوالي عقدين من الزمن، في بداية القرن العشرين، اقترح باحثان فرنسيان آخران، بول كارنو وكلوتيلد-كامي دي فلاندر، لأول مرة فرضية مفادها أن إنتاج خلايا الدم الحمراء يتم تنظيمه بواسطة عوامل في سوائل الجسم، والتي ستصبح فيما بعد أطلق عليه اسم النظام الهرموني، ولكن فقط في السبعينيات من نفس القرن - وبعد 20 عامًا من المحاولات - نجح عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي يوجين جولدفاسر في عزل جزيء EPO البشري. ومن خلال القيام بذلك، مهد جولدفاسر الطريق لإنتاج مركب EPO واستخدامه كدواء منقذ للحياة لمرضى فقر الدم (وسيلة غير قانونية للرياضيين لتحسين أدائهم). وفي وقت لاحق، تم أيضًا تحديد الترميز الجيني لـ EPO وتم وضع الأسس لاكتشافات الحائزين على جائزة نوبل لعام 70، ويليام كايلين، وبيتر راتكليف، وجريج سيمينزا، الذين كشفوا عن كيفية تكيف الخلايا مع التغيرات في مستويات الأكسجين.
الهرمون بعيد المنال
على عكس الأنسولين أو الهرمونات الأساسية الأخرى، لا يتم تخزين EPO في الخلايا، ولكن يتم إنتاجه وإطلاقه بسرعة استجابة لنقص الأكسجين. "إن مدى إنتاجه الخلوي يقفز أو ينخفض بشكل حاد وسريع - وهذا هو السبب في أن تحديد الخلايا التي تنتجه أمر صعب للغاية"، كما يوضح البروفيسور رولاند فينغر من جامعة زيورخ، الذي كان يبحث في عملية إنتاج EPO لـ الثلاثين عامًا الماضية وكان شريكًا رئيسيًا في الدراسة الحالية. "على مدى عقود، كانت هوية منتجي EPO مثيرة للجدل. ويضيف: "يمكن القول أن كل خلية في الكلى تقريبًا يُشتبه في وقت أو آخر بأنها منتجة لهذا الهرمون".
لقد قطع فريق البحث التابع للبروفيسور فينغر شوطا طويلا في التعرف على الخلايا. وفي دراسات سابقة، قاموا بهندسة فئران وراثية حيث تتوهج الخلايا التي تنتج EPO بضوء الفلورسنت الأحمر. تمكنت هذه الدراسة من تركيز الباحثين على المنطقة المحددة في الكلى حيث يتواجد منتجو EPO وكشف أنها نوع فرعي من الخلايا الليفية - الخلايا المسؤولة عن إنتاج النسيج الضام في الجسم. ومع ذلك، فإن الهوية الدقيقة للخلايا لا تزال لغزا.
"" وكان التحدي التالي هو تحديد موقع هذه الخلايا في البشر. وكان مفتاح الاكتشاف هو الحصول على عينات الكلى من الأشخاص الذين ماتوا في الحرائق نتيجة استنشاق الدخان".
والآن، وبمساعدة تقنيات التحليل المتقدمة على مستوى الخلية الواحدة التي تم تطويرها في مختبر البروفيسور أميت والتي تتيح دراسة عشرات الآلاف من الخلايا الفردية في نفس الوقت والتعرف على أنواع الخلايا النادرة في الأنسجة، نجحت الدراسة الجديدة في الكشف عن هوية الخلايا المراوغة لأول مرة.
ومع ذلك، حتى مع الأساليب المتقدمة للبروفيسور أميت والفئران المهندسة بواسطة البروفيسور فينغر، فإن تحديد الخلايا لم يكن تحديًا سهلاً. "هذه الخلايا ليس لها علامات معروفة، وفي ظل ظروف الأكسجين العادية فإنها تنتج كمية ضئيلة من EPO - وفي ظل ظروف نقص الأكسجين، يكون إنتاج الهرمون غير منتظم"، يوضح الدكتور بيورت كراجستين، الذي قاد البحث في البروفيسور. مختبر عميت بالتعاون مع الدكتور أمير جلعادي، الدكتور إيال دافيد والبروفيسور حموتال غور من مستشفى هداسا عين كارم. فقط بعد محاولات متكررة وفي ظل ظروف نقص الأكسجين، تمكن الباحثون أخيرًا من التعرف من بين حوالي 3,000 خلية كلوية توهجت باللون الأحمر في الفئران المعدلة وراثيًا، على أقل من 40 خلية تنتج EPO بشكل فعال. حتى أن الباحثين فكوا رموز النمط الجزيئي لهذه الخلايا وأظهروا أنه حتى في ظل ظروف الأكسجين العادية، فإن هذه هي نفس الخلايا التي تنتج EPO.
"كان التحدي التالي الذي واجهنا هو تحديد موقع هذه الخلايا لدى البشر. وكان مفتاح هذا الاكتشاف هو الحصول على عينات الكلى المأخوذة من الأشخاص الذين ماتوا نتيجة نقص الأكسجين،" كما يقول الدكتور كراجستين. وبمساعدة البروفيسور فينغر، أجرى الباحثون اتصالات مع عالم الطب الشرعي الألماني الذي لديه قاعدة بيانات للتبرع بالكلى من ضحايا الحرائق الذين ماتوا بسبب التسمم بأول أكسيد الكربون. وسمحت هذه العينات للباحثين بالتعرف على خلايا نورين لدى البشر أيضًا وإظهار أن هذه هي نفس الخلايا التي تم تحديدها في الفئران.
الدكتور باراك روزنزويج، طبيب أورام المسالك البولية الأول في المركز الطبي شيبا (تل هشومير) الذي شارك في الدراسة، متحمس للإمكانات السريرية لاكتشاف خلايا نورين، وليس فقط في سياق المرضى الذين يعانون من أمراض الكلى المزمنة . "يتلقى العديد من مرضى السرطان الآن عمليات نقل دم قبل الجراحة لتحسين عدد خلايا الدم الحمراء لديهم. ويوضح أن هذه الحقن قد يكون لها تأثير سلبي على جهاز المناعة لديهم وتضر بقدرتهم على مكافحة السرطان على المدى الطويل. "قد تسمح النتائج الجديدة بتطوير طرق لتحفيز الخلايا المنتجة للـ EPO على العمل وتحسين تعداد الدم لدى المرضى دون الإضرار بجهازهم المناعي."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
