طريقة جديدة لزيادة كفاءة إنتاج الخلايا الجذعية

كشفت دراسة أجراها الدكتور يعقوب حنا من معهد وايزمان للعلوم، ونشرت في مجلة Nature العلمية، عن الكابح الذي يؤخر إنتاج الخلايا الجذعية، ويحسن كفاءة العملية إلى حد كبير

تحمل الخلايا الجذعية الجنينية إمكانات طبية هائلة. وقد تم اتخاذ خطوة حاسمة نحو استخدامها للأغراض الطبية عندما تم اكتشاف أنه من الممكن إنشاء خلايا جذعية من خلايا بالغة - وهو الاكتشاف الذي حصل مكتشفه على جائزة نوبل في عام 2012، ولكن كفاءة العملية لا تزال منخفضة. الأبحاث التي يقودها الدكتور يعقوب حنا من معهد وايزمان للعلوم، سيتم نشره غدا (الأربعاء) في المجلة العلمية الطبيعة، ويكشف عن المكبح الذي يثبط إنتاج الخلايا الجذعية، ويحسن كفاءة العملية بشكل كبير. ستسهل نتائج البحث إنتاج الخلايا الجذعية لعلاج المرضى، بالإضافة إلى تعزيز فهمنا للعملية الغامضة التي تتحول فيها خلايا الجسم الناضجة والمفرزة إلى خلايا جذعية.

لم تمر الخلايا الجذعية الجنينية بعد بعملية "التخصص"، وبالتالي يمكن أن تصبح أي خلية من خلايا الجسم. وبفضل هذا، يمكن استخدامها، من بين أمور أخرى، لاستعادة الأنسجة التالفة، وعلاج الأمراض التنكسية وأمراض المناعة الذاتية، وحتى زراعة الأعضاء للزراعة. ومع ذلك، فإن استخدام الخلايا الجذعية الجنينية كان محدودًا بسبب مشكلات التوافر والاعتبارات الأخلاقية. تم إحراز تقدم كبير قبل بضع سنوات، عندما اكتشف فريق من العلماء بقيادة شينيا ياماناكا من جامعة طوكيو أنه من الممكن "إعادة برمجة" الخلايا الناضجة وتحويلها إلى "خلايا جذعية مستحثة" (iPSC) عن طريق إدخال أربعة جينات في نفوسهم. على الرغم من هذا الاختراق، واجه تنفيذ عملية "إعادة البرمجة" صعوبات: فقد استمرت لفترة طويلة جدًا - تصل إلى أربعة أسابيع، وفي النهاية فقط جزء صغير جدًا من الخلايا - حوالي 2 بالمائة منها - أصبح بالفعل خلايا جذعية. .

ما هو العائق - أو العوائق - التي تمنع معظم الخلايا من اجتياز عملية "إعادة البرمجة" بنجاح؟ وفي بحث ما بعد الدكتوراه، أظهر الدكتور هناء، باستخدام النماذج الرياضية، أن هذا يمثل عائقًا واحدًا على ما يبدو. ومع ذلك، فهو أول من اعترف بأنه في علم الأحياء كما في علم الأحياء، يجب تقديم البراهين التجريبية. وفي الدراسة الحالية، اكتشف هوية تلك العقبة الوحيدة، وأثبت أن إزالتها تحسن بشكل كبير من فعالية إعادة البرمجة.

وركز فريق العلماء من مجموعة الدكتورة هناء، بقيادة الدكتورة نوا بونرستيرن، ويواه رايس، وأساف تزفيران، وشاي جيولا، من قسم الوراثة الجزيئية، على بروتين معين له دور غير معروف، يسمى MBP3. يتم التعبير عن هذا البروتين في كل خلية من خلايا الجسم، وفي جميع مراحل النمو، وهي ظاهرة نادرة، لأن العديد من البروتينات لها أدوار محددة، مما يجعلها يتم التعبير عنها في نوع معين من الخلايا، وفي مراحل التطور التي تتطلبها. واكتشف الفريق أن التعبير الكلي للبروتين له استثناء: فهو لا يوجد في خلايا الجنين في الأيام الثلاثة الأولى من عمره، أي بعد الإخصاب مباشرة. هذه هي بالضبط ثلاثة أيام تنقسم فيها الخلية المخصبة الأولية، وتنتج مجموعة من الخلايا الجذعية الجنينية متعددة الاستخدامات، والتي تتكون منها جميع خلايا الجنين. واعتبارًا من اليوم الرابع، تخضع هذه الخلايا للتمايز الأولي وتفقد خاصية "تعدد الأغراض"؛ عند هذه النقطة، يأتي دور بروتين MBP3.

يبدو إذن أن غياب MBP3 هو الذي يمكّن من تكوين الخلايا الجذعية في الجنين. وقام العلماء بتقليد هذا الوضع في أنبوب اختبار، و"أعادوا برمجة" الخلايا الناضجة التي لا تنتج البروتين. النتيجة: في غضون ثمانية أيام تقريبًا، أصبحت جميع الخلايا، بطريقة متزامنة، خلايا جذعية. ويقارن الدكتور هناء الجينات الأربعة التي اكتشفها ياماناكا بـ "دواسة الوقود" التي تبدأ من خلالها عملية إعادة البرمجة، واكتشافه هو - البروتين MBP3 - بفرامل اليد: فالسيارة تتحرك بالفعل عند رفع فرامل اليد، ولكن بطريقة بطريقة متعثرة. يتيح خفض فرملة اليد قيادة سلسة وسريعة.

وستعمل النتائج الجديدة على تحسين طرق إنتاج الخلايا الجذعية المستحثة لعلاج المرضى بشكل كبير. وفي عملية "إعادة البرمجة" التي قام بها ياماناكا، تُستخدم الفيروسات لإدخال الجينات الأربعة في الخلايا البالغة. ولا تستخدم الأساليب الطبية الفيروسات لإدخال الجينات - لأسباب تتعلق بالسرقة العلمية - كما أن معدلات نجاحها أقل من ذلك: حيث يصبح عُشر بالمائة فقط من الخلايا خلايا جذعية. تؤدي إزالة MBP3 من الخلايا إلى تحسين الكفاءة 1000 مرة - حيث تصبح عشرة بالمائة من الخلايا خلايا جذعية مستحثة. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختصار مدة العملية من أربعة أسابيع إلى ثمانية أيام، وحقيقة أن جميع الخلايا تمر بها في نفس الوقت، سيسمح للعلماء لأول مرة بتتبعها خطوة بخطوة، وفك رموز الآليات التي تعمل عليها. احمله. وتؤكد الدكتورة هناء أن مصدر الإنجاز هو اكتشاف المسار الطبيعي لتطور الجنين. يقول الدكتور حنا: "إن العلماء الذين يحاولون دراسة عملية إعادة البرمجة سيستفيدون إذا حاولوا فهم كيفية تشكل الخلايا الجذعية الجنينية في الطبيعة". "فبعد كل شيء، الطبيعة هي التي تنتجها بأفضل الطرق وأكثرها كفاءة."

مراقبة عملية إعادة البرمجة لمدة ستة أيام. خلايا الجلد الناضجة (المميزة باللون الأحمر) التي تخضع "لإعادة البرمجة" باستخدام الطريقة التي طورها الدكتور حنا (على اليمين)، تصبح جميعها خلايا جذعية مستحثة تعبر عن علامة فلورسنت خضراء، في حين أن عددًا قليلاً فقط من الخلايا من تلك التي "تم إعادة برمجتها" وباستخدام الطريقة التقليدية (يسار) تصبح الخلايا الجذعية سباقا