قد يساهم هذا الاكتشاف في تطوير علاجات للصمم تعتمد على تجديد خلايا الشعر في الأذن. * وفقًا للباحثين، يعد هذا تغييرًا في الإدراك في علم الأحياء التطوري: فقد وجد الباحثون أن تطوير مجموعة من الخلايا الشعرية في الأذن تشبه الخلايا الشعرية الموجودة في الأذن الداخلية تنظيم الذرات التي تشكل البلورة - وهي عملية معروفة في الفيزياء، ولم يتم تحديدها بعد في علم الأحياء
كشفت دراسة أجراها البروفيسور ديفيد شيبرينسيك، خبير في علم الأحياء التطوري من كلية علم الأحياء العصبي والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في كلية جورج س. وايز لعلوم الحياة بجامعة تل أبيب، لأول مرة عن آلية فيزيائية تشارك في التطور الأذن الداخلية في أجنة الثدييات.
البروفيسور شيبرينسيك: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف عملية تطور بيولوجي تحركها قوى ميكانيكية وتشبه إلى حد كبير عملية فيزيائية معروفة: تنظيم الخلايا الشعرية في الأذن الداخلية يشبه تنظيم الذرات التي تشكل الكريستال. وهذا اكتشاف ثوري يغير المفاهيم الأساسية في عالم علم الأحياء التطوري."
شارك في البحث متعدد التخصصات: روي كوهين وليات أمير زيلبرشتاين من مختبر البروفيسور شيبرينسيك، البروفيسور كيرين أبراهام من كلية الطب ساكلر وباحثين آخرين من كلية العلوم الدقيقة وكلية سيغول لعلم الأعصاب في تل أبيب جامعة. كما شارك باحثون من سويسرا واليابان. تم نشر المقال في مجلة Nature Communications المرموقة في أكتوبر 2020.
تعمل الشعيرات كأجهزة استشعار للموجات الصوتية
يوضح البروفيسور شابرينشيك: "تتكون أذن الحيوان الثديي من ثلاثة أجزاء: الأذن الخارجية والوسطى والداخلية. توجد داخل الأذن الداخلية القوقعة - وهي بنية حلزونية تندمج على طولها الخلايا الشعرية - وهي خلايا تعمل عليها الشعيرات الصغيرة كأجهزة استشعار للموجات الصوتية التي تصل إلى الأذن. واستجابة للموجات الصوتية، تتأرجح الشعيرات وتنقل الإشارات الكهربائية إلى الدماغ، وهكذا نسمع. يتم ترتيب الخلايا الشعرية على طول القوقعة بطريقة فريدة: أربعة صفوف مرتبة من الخلايا الشعرية المتناوبة والخلايا الداعمة. يعد هذا الترتيب الصارم مهمًا لأن المناطق المختلفة على طول القوقعة هي المسؤولة عن اكتشاف الأصوات المختلفة. مثل هذا المصفوفة المنظمة غير عادية في الجسم، وهي في الواقع الأنسجة الأكثر تنظيمًا في جسم الثدييات. كنا نبحث عن الآلية التي تجعل الخلايا الشعرية ترتب نفسها بهذه الطريقة أثناء التطور الجنيني. ولتحقيق هذه الغاية، أجرينا دراسة متعددة التخصصات جمعت بين تطورين مبتكرين: تقنية تصوير جديدة ومحاكاة باستخدام نموذج رياضي-فيزيائي."
ولرصد تطور مجموعة الخلايا الشعرية في الجنين، قام الباحثون بفحص أجنة الفئران في مراحل مختلفة من الحمل. في الأجنة الأصغر سنا، تم العثور على طبقة غير مرتبة وغير مصنفة من الخلايا - الخلايا الأولية التي لم يتم تحديد وظيفتها بعد. وتدريجيًا، تبدأ الخلايا في التمايز إلى خلايا شعرية وخلايا داعمة، ثم تنتظم لاحقًا، حتى يتكون الهيكل النهائي والمنظم للخلايا الشعرية في القوقعة.
البروفيسور شابرينشيك: "حتى اليوم، ركزت معظم الدراسات حول تطور الخلايا الشعرية على عمليات تمايز الخلايا، التي يتم التحكم فيها عن طريق الاتصال بين الخلايا. لقد اعتقدنا أن هذا لم يكن كافيًا، وطلبنا فحص المرحلة بعد التمايز: كيف تنظم الخلايا نفسها في الفضاء وتخلق بنية منظمة." ولهذا الغرض، طور الباحثون تقنية تصوير جديدة تعتمد على المراقبة باستخدام مجهر فريد من نوعه، وتتيح المراقبة المستمرة ثلاثية الأبعاد، على مدار 24 ساعة يوميًا، لتطور الأنسجة - وهي عملية تستمر بضعة أيام في أجنة الفئران. أتاحت طريقة التصوير الفريدة تتبع تطور الأذن الداخلية وإنشاء مقاطع فيديو لهذه العملية.
عملية التمايز في أذن الجنين
البروفيسور شيبرينسيك: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة العملية بشكل مستمر وبدقة عالية. لاحظنا الأنسجة التي تمايزت بالفعل إلى خلايا شعرية وخلايا داعمة، لكنها ظلت "فوضوية" - أي أنها لم تنتظم بعد في مصفوفة منظمة. باستخدام طريقتنا، رأينا أن عملية فيزيائية تُعرف باسم "عملية القص" تحدث في الأنسجة: الخلايا المجاورة، والتي تسمى "خلايا هانسن"، تتحرك في اتجاه واحد، وتمارس قوى القص على خلايا الشعر - القوى الميكانيكية التي تعمل موازية لطبقة الخلية. تضغط هذه العملية على الأنسجة، وتسبب تبادلات ديناميكية بين خلايا الشعر والخلايا الداعمة، وتؤدي في النهاية إلى تنظيم الخلايا في مصفوفة منظمة.
وفي الخطوة التالية، اعتمد الباحثون على النتائج التي توصلوا إليها لإنشاء محاكاة حاسوبية - نموذج رياضي-فيزيائي للعملية. وكشف النموذج أن قوتين ميكانيكيتين رئيسيتين تعملان على خلايا الشعر أثناء مرحلة التنظيم: قوى القص، التي تسبب ضغط وحركة خلايا الشعر داخل الأنسجة، وقوى التنافر بين خلايا الشعر، والتي تمنعها من الاقتراب أكثر من اللازم. بعضها البعض. البروفيسور شيبرينسيك: "لقد فوجئنا باكتشاف أن عملية تنظيم الخلايا الشعرية في القوقعة تشبه إلى حد كبير عملية فيزيائية معروفة: تنظيم الذرات أثناء تكوين البلورة. وكما تشكل الذرات بلورة منظمة عندما يتم تطبيق قوى خارجية عليها، فإن الخلايا الشعرية والخلايا الداعمة تنظم نفسها في نمط منظم استجابة للقوى الميكانيكية المطبقة عليها. وهذا مفهوم جديد تمامًا في مجال علم الأحياء التطوري. إن الأفكار التي تنبثق من بحثنا تسلط الضوء على اتجاه جديد للدراسات المستقبلية، وكذلك فيما يتعلق بعمليات تطوير الأعضاء الأخرى."
ويشير البروفيسور رونان بيرتس، مدير وحدة طب الأذن ومركز زراعة القوقعة في المركز الطبي شعاري تسيديك التابع لكلية الطب في الجامعة العبرية والذي لم يشارك في البحث، إلى أن نتائج البحث قد يكون لها أيضًا آثار طبية: "تتكون الخلايا الشعرية في الجنين، ولا تتجدد أثناء الحياة. في كثير من الحالات، ينتج فقدان السمع وحتى الصمم عن موت الخلايا الشعرية في الأذن الداخلية. في السنوات الأخيرة، بُذلت جهود كثيرة لتطوير علاجات بمساعدة العلاج الجيني من شأنها تشجيع تجديد الخلايا الشعرية، بهدف تحسين القدرة السمعية لدى الأشخاص الصم. قد يقدم البحث مساهمة مهمة في فهم العملية نحو خلق هذا التجديد."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
ديفيد والفريق، أحسنوا صنعًا، إنه أمر مثير. نأمل أنه بفضل هذا الاكتشاف، لن يكون هناك يومًا ما أشخاص صم، مثلما كانوا قادرين على مساعدة مرضى الإيدز، وربما في يوم من الأيام سيتمكنون من استعادة المايلين إلى مرض التصلب العصبي المتعدد مرضى
عملك هو عمل مقدس
شكر
احترام الباحثين