وقد تساعد الأنسجة الصغيرة، التي يزرعها باحثون إسرائيليون خارج جسم المريض، في استعادة الأعضاء
ما الذي يوجه عملية التطور في الجنين؟ كيف يتحول الجنين من مجموعة خلايا موحدة إلى كائن بأنسجة وأعضاء مختلفة، حيث تعمل الخلايا مع بعضها البعض في توقيت دقيق؟
في السبعينيات، كانوا يعلمون أن عملية التطور الجنيني يتم توجيهها بواسطة إشارات كيميائية، ولكن بعد ذلك لم تكن لديهم أي فكرة عن ماهية تلك الإشارات. في عام 70، قامت مجموعة البحث، برئاسة البروفيسور إدواردو ميتراني من معهد علوم الحياة في الجامعة العبرية، بوصف الجين الذي يشفر أحد الجزيئات الرئيسية التي تحفز بداية تمايز الأنسجة في جنين الدجاج. ومن المعروف اليوم أن عملية مماثلة تحدث أيضًا في الثدييات. وكان هذا أول اختراق له.
والاختراق الثاني يظهر هذه الأيام. طور ميتراني تقنية تمكن من نمو الخلايا في أنسجة صغيرة خارج الجسم وداخله، والتي تعمل بشكل مشابه لأعضاء الجسم. وتفتح هذه التقنية الباب أمام تطبيقات متنوعة مثل استخدام هذه الأنسجة كأعضاء صناعية أو كمضخة بيولوجية تفرز البروتينات داخل الجسم لعلاج الأمراض. في الأسبوع الماضي، فاز ميتراني بالجائزة الأولى في مسابقة التطويرات المبتكرة التي تحمل اسم كاي في الجامعة العبرية.
يقول ميتراني: "بدأت القصة بأكملها بعد اكتشافنا الأول". "قلنا: كيف يمكن أن نفهم ما الذي يسبب تمايز الجنين ولا نعرف ما الذي ينظم تمايز وانقسام الخلايا في الأنسجة البالغة؟" للعثور على الإشارات الكيميائية التي تحفز التمايز لدى شخص بالغ، بحث ميتيراني عن طرق نمو الخلايا في المزرعة تحت ظروف مشابهة لحالتها الطبيعية: "من خلال النظر إلى الأجنة، رأينا أن هناك قاعدتين مهمتين لبناء الأنسجة ووظيفتها: الحفاظ على العلاقات المتبادلة بين أنواع الخلايا المختلفة، والقرب إلى مصدر إمداد الغذاء والغازات. كنت أرغب في الحفاظ على بنية الأنسجة لأنه كان من الواضح بالنسبة لي أن ما يحدد الأداء السليم للخلايا هو بيئتها. لقد وجدنا أن الحد الأدنى لسمك الأعضاء الدقيقة التي تحافظ على بنية الأنسجة يجب أن يكون أكبر من بضعة أعشار المليمتر. أبعد من ذلك، فإنها لا تستطيع القيام بوظيفتها، لأن العناصر الغذائية غير قادرة على الوصول إلى جميع الخلايا الموجودة فيها. هذه هي الطريقة التي أنشأنا بها أعضاء دقيقة قادرة على الحفاظ على نفسها في الثقافة، وفيها يوجد "البرنامج" الذي يوجه الخلايا في وظيفتها وتمايزها."
ستعمل الأعضاء الدقيقة بشكل أفضل من المتوقع. على سبيل المثال، يمكن زراعة الكائنات الحية الدقيقة في الرئة لعدة أشهر في المزرعة. تفرز كتلة الخلايا الصغيرة كل ما تحتاجه ويتم إنشاء نظام تعزيز ذاتي. يقول ميتراني: "اعتقدنا أنه إذا كانت الأنسجة الصغيرة تعمل بشكل مستقل، فسنحاول زرعها في الجسم، وربما ستستمر في العمل بشكل مستقل هناك أيضًا". "ولدهشتنا، لم يستمروا في العيش داخل الجسم فحسب، بل أيضًا" متصلين بالشبكة ". وبغض النظر عن المكان الذي زرعناهم فيه، فقد تشكلت حولهم شبكة من الأوعية الدموية في كل مكان، وتم الحصول على عضو صغير جديد في الجسم، مثل الجنين الصغير".
وهذا الاكتشاف يفتح الباب أمام خيارات علاجية جديدة. أحد الاحتمالات هو استخدام الأعضاء الدقيقة لاستعادة الأعضاء التالفة، على سبيل المثال، لبناء نظام كبد خارج الجسم. ولم يتمكنوا حتى الآن من تنمية خلايا الكبد بنجاح خارج الجسم والحفاظ على معظم وظائفها الحيوية. وأظهر ميتراني وفريقه أن أعضاء الكبد الدقيقة تعمل خارج الجسم بشكل مشابه للكبد بأكمله. هذا هو النظام الأول الذي يتمكن من الحفاظ على بعض وظائف الكبد خارج الجسم.
يتكون الكبد الاصطناعي من أعضاء دقيقة من كبد الإنسان أو كبد الخنزير متصلة بصفوف من الأغشية الاصطناعية، والتي يتم من خلالها نقل الدم من المريض. تنتج هذه الأعضاء الدقيقة مجموعة من بروتينات الكبد وتفرزها في الدم الذي يعود إلى المريض في نهاية "الجولة".
وأتم الباحثون بنجاح سلسلة من التجارب على الكبد الاصطناعي في الحيوانات التي كانت في حالة فشل كبدي، وتمكنوا من إطالة عمرها بشكل كبير. وفي تجربة أخرى، تم زرع الأعضاء الدقيقة في الحيوانات بعد إزالة 92% من كبدها الأصلي. نجا 35% من الحيوانات. خضعت نسبة الثمانية بالمائة المتبقية من الكبد الأصلي إلى عملية إعادة بناء كاملة في وقت قصير، وعاد الكبد إلى حجمه الطبيعي. ماتت جميع الحيوانات التي لم تخضع للزرع.
وبالتعاون مع خبراء الكبد من هداسا، يقوم البروفيسوران داني شوفيل وإيلان إيلان ببناء شركة "Epigenesis"، التي تم تأسيسها لتطوير الكبد الاصطناعي، وهو النظام الذي، بحسب ميتراني، سيكون من الممكن ربطه بالبشر في غضون بضعة أيام. شهور. سيكون هذا النظام قادرًا على إفادة المرضى الذين يعانون من فشل الكبد الحاد، وكذلك المرضى الذين ينتظرون عملية زرع الكبد. وسيتمكن الأخير من تمديد فترة الانتظار من خلال اتصال مؤقت بالكبد الاصطناعي وفي بعض الحالات استعادة ما تبقى من الكبد الأصلي ومنع عملية الزرع.
خيار العلاج الآخر هو استخدام الأعضاء الدقيقة كمضخات بيولوجية لتكوين البروتينات اللازمة لاستعادة الأنسجة والأعضاء في حالات المرض. في العديد من الأمراض، يكون خيار العلاج الوحيد هو الأدوية التي تتكون من البروتينات. لا يمكن بلع البروتينات لأنها تتحلل في الجهاز الهضمي. ويجب إعطاؤها عن طريق الحقن، مما يجعل العلاج والتحكم في الجرعة أمرًا صعبًا. الجرعة العالية سامة، وفي بعض الأحيان بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى العضو المطلوب، يتم هضمها وتصبح غير فعالة. وتستخدم الأعضاء الدقيقة في هذه الحالة بمثابة "مضخة بيولوجية". "سيأتي المريض إلى العيادة، وسيقوم الطبيب بإزالة قطعة من الأنسجة من كبده، وإدخال الجينات المناسبة في الأنسجة وزرعها مرة أخرى في المريض. يقول ميتراني: "ستتصل الأعضاء الدقيقة بشبكة الدم وتبدأ في إنتاج البروتينات اللازمة بالجرعات المناسبة ولفترات طويلة". "هذه منصة تجعل من الممكن إنتاج وحقن أي مادة تسمح بتصحيح مشاكل معينة في الجسم." وأظهرت التجارب التي أجريت بالتعاون مع البروفيسور عاموس بنت من كلية الطب في القدس أن المضخات البيولوجية قادرة على إنتاج الجينات، ولأغراض التطبيق تم إنشاء شركة "بيوجينكس".
