الكريستال السيئ

اكتشف علماء معهد وايزمان للعلوم بلورات كوليسترول تشبه اللولب تتشكل في خلايا الجهاز المناعي التي تحارب تصلب الشرايين

بلورات الكولسترول على شكل حلزوني. المعالجة الرقمية للبيانات التي تم الحصول عليها من أربع بلورات مختلفة في خلايا مختلفة باستخدام التصوير بالأشعة السينية الناعمة في ظل الظروف الباردة (cryo-SXT)

لا يوجد كولسترول سيء. بدون الكولسترول لن نعيش - لأن هذه المادة تعطي غشاء الخلية الصفة اللازمة للقيام بوظيفته. حتى جسيم LDL، المعروف كعامل خطر لتطور أمراض الأوعية الدموية، ليس "سيئًا" في حد ذاته. ولكي يتحرك عبر مجرى الدم ويصل إلى خلايا الجسم، يتم تعبئة الكولسترول داخل جزيئات LDL التي تسمح له بالذوبان في مجرى الدم. ومن ناحية أخرى، فإن بلورات الكوليسترول تمثل بالفعل مجموعة من المتاعب. وطالما أن الكولسترول في حالته الجزيئية فإن الجسم يتعامل معه – حتى لو كان فائضاً، وحتى عندما يتراكم في الشرايين. ولكن عندما يتبلور الكولسترول - لم يعد لدى الجسم طريقة للتعامل معه، وتصبح عملية التراكم لا رجعة فيها. ورغم أن تصلب الشرايين هو السبب الرئيسي للنوبات القلبية والسكتات الدماغية، وهو أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في الغرب، إلا أنه لم يعرف حتى الآن كيف تتشكل هذه البلورات. وفي دراسة نشرت مؤخرا في مجلة Proceedings of the American Academy of Sciences (PNAS)، اكتشف علماء من معهد وايزمان للعلوم طريقتين يتم من خلالهما تكوين بلورات الكوليسترول داخل خلايا الجهاز المناعي التي يتم إرسالها لمحاربة التصلب.

لماذا تتشكل الآفات المتصلبة في الشرايين في المقام الأول؟ وكما هو معروف، عند ارتفاع مستويات الكولسترول LDL في الدم، يزداد احتمال أن تستقر هذه الجزيئات وتدخل إلى جدار الشريان، حيث تتراكم وتتأكسد. نظرًا لأن LDL المؤكسد سام لخلايا جدار الشريان، يرسل الجهاز المناعي خلايا وحيدة إلى مكان الحادث، والتي تتمايز إلى بلاعم - تلك الخلايا "بكمن" التي تبتلع المواد غير المرغوب فيها وتنظف المنطقة. عند نقطة معينة، بعد تناول كمية كبيرة من الكوليسترول، قد تتحول الخلايا البلعمية نفسها إلى خلايا دهنية جدًا، تسمى "الخلايا الرغوية"، وحتى تموت. وبهذه الطريقة، تتراكم بقايا الخلايا الميتة والجزيئات الدهنية تدريجيًا في الآفة المتصلبة، ويتفاقم الالتهاب - وفي مرحلة ما تظهر بلورات الكوليسترول أيضًا. "يعد تراكم بلورات الكوليسترول خطوة أساسية في سلسلة الأحداث المرضية التي تشمل موت الخلايا، وزيادة الاستجابة الالتهابية، وأخيرا اندلاع الآفة المتصلبة في مجرى الدم. "على ما يبدو، طالما لا توجد بلورات، فإن الوضع قابل للعكس"، تشرح البروفيسور ليا آدي من قسم البيولوجيا الهيكلية. "عند فحص الآفات المتصلبة التي تنشأ من البشر والحيوانات، فإن تبلور الكولسترول يكون بالفعل في مرحلة متقدمة جدًا. تضيف الدكتورة نيتا فيرسانو من مختبر البروفيسور آدي، والتي قادت البلاعم: "تُرى البلورات خارج الخلايا البلعمية، ولكن أيضًا داخلها، ومن الصعب في هذه المرحلة تقييم مكان تشكلها وفي أي مرحلة من تطور المرض غرقت". البحث بالتعاون طويل الأمد مع البروفيسور ليزلي لازيروفيتز من قسم المواد والأسطح، الخبير في علم البلورات. "في هذا البحث حاولنا أن نفهم كيف تتشكل البلورات في المقام الأول. ولهذا كان علينا تطوير طريقة تسمح لنا بتحديد البلورات في حالتها الأولية."

واعتمدت المجموعة البحثية على نموذج يحاكي تصلب الشرايين عن طريق تغذية البلاعم في طبق بجزيئات LDL. لتمكين إلقاء نظرة على سطح البلاعم والتعرف بشكل لا لبس فيه على بلورات الكوليسترول في بداية تطورها، طور العلماء طريقة ارتباطية هي الأولى من نوعها تجمع بين الفحص المجهري الفلوري فائق الدقة (STORM) مع X الناعم. -التصوير بالأشعة تحت الظروف الباردة (cryo-SXT). وتسمح الأشعة السينية الناعمة بالتقاط صورة ثلاثية الأبعاد للبلورة والبيئة البيولوجية التي تنمو فيها، بدقة تصل إلى عشرات النانومترات، بينما يسمح المجهر الفلوري بالتعرف على البلورات على أنها بلورات كوليسترول. في المراحل الأولية تم تحديد بلورات على شكل صفائح متوازية بالقرب من غشاء الخلية بحجم 200 نانومتر. هذه البلورات لها نفس شكل بلورات الكولسترول مونوهيدرات التي تغوص تحت ظروف المختبر. ومع ذلك، بالإضافة إلى اللوحات الصغيرة، تم اكتشاف بلورات رقيقة وممدودة داخل الخلايا بحجم عشرات الميكرونات. يقول البروفيسور آدي: "لقد كانت مفاجأة كبيرة. لقد حددنا بلورات كبيرة وغير مألوفة تؤثر على الخلية. لم نر قط بلورات الكولسترول تبدو بهذا الشكل تحت ظروف أنابيب الاختبار." تم تحديد بنية البلورات المستطيلة من خلال حيود الإلكترون في الظروف الباردة بمساعدة الدكتور نداف إيلاد من قسم البنى التحتية للبحوث الكيميائية، وتم وصفها بأنها كوليسترول أحادي الهيدرات مع تناظر أحادي الميل - يختلف عن الصفائح ثلاثية الميل. تم ترتيب البلورات الممدودة في شكل غير عادي لأسطوانة أو ملف مجوف، على غرار البلورات المتكونة في أمراض حصوات المرارة.

البلورة هي قالب مشهد ولادته

يتطابق الشكل المطول للبلورات في النموذج مع شكل البلورات الموجودة في الجسم، على الرغم من أن الأخيرة لها تماثل ثلاثي الميل. ويوضح الدكتور فيرسانو: «نعتقد أن البلورات الموجودة في الجسم تحافظ على شكلها، حتى في المراحل المتقدمة من التبلور، بصمة العملية التي تم تكوينها فيها. ولهذا السبب من المحتمل أن تظل مستطيلة، حتى لو خضعت لتغيير هيكلي لإنشاء ترتيب ثلاثي العيادات." وقد تمهد هذه النتائج الطريق لتكسير آليات تبلور الكولسترول في الجسم، بل وتؤثر لاحقا على التبلور بطريقة تمنع العملية أو تقلل منها. "الآن سنحاول اللعب بالنموذج والتأثير على تبلور الكوليسترول بطرق مختلفة. وفي الوقت نفسه، سنقوم بفحص عينات من الآفات المتصلبة، وسنفحص الاختلافات بين الأشخاص في تطور البلورات"، يصف البروفيسور آدي التوجهات المستقبلية للبحث. وشارك في الدراسة أيضًا الدكتور تالي دادوش والدكتور إيدو بنكاس من قسم البنى التحتية للأبحاث الكيميائية في المعهد، وفابيو باجي من قسم الكيمياء في جامعة ميلانو، والدكتورة إيفا فيريرو والدكتورة آنا بيريز بارنا. من ALBA Synchrotron في إسبانيا وباحثون من مجموعة البروفيسور هوارد كروث من وحدة تصلب الشرايين التجريبية في المعاهد الوطنية للصحة.

"تحدي بحثي كبير"

"تشكل العمليات المرضية لتكوين البلورات تحديًا بحثيًا كبيرًا لأنها تبلور لا يتحكم فيه الجسم؛ تقول البروفيسورة ليا إيدي، التي كرست حياتها المهنية لدراسة البلورات في الكائنات الحية: "هذا هو بالضبط ما يريد الجسم منعه". تم مؤخرًا انتخاب البروفيسور آدي عضوًا في الأكاديمية الأمريكية للعلوم، وهذا هو مقالها التمهيدي لهذا المنصب. "في نواحٍ عديدة، يمثلني هذا البحث في جميع تجسيداتي وجميع أشكال تفكيري. يجمع هذا العمل بين الكيمياء العضوية وعلم البلورات واستخدام تقنيات التصوير المبتكرة في طليعة العلوم، مع التعاون الوثيق مع زملائي الخبراء."