تقرير خاص: مستقبل الطب – لزيادة قدرة الجسم على الشفاء

في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في استبدال أنسجة القلب التالفة وإعادة بناء العضلات. علاوة على ذلك، لا يزال الباحثون في المراحل الأولى من تطوير خلايا عصبية جديدة. يمكن لبعض الابتكارات أن تظهر في المختبر كعلاج طبي في غضون سنوات قليلة، والبعض الآخر في غضون بضعة عقود، ومن المحتمل أن يفشل بعضها في النهاية. فيما يلي بعض الابتكارات الواعدة.

الكبد عضو فريد من نوعه بين الأعضاء الكبيرة في جسم الإنسان لما له من قدرة رائعة على التعافي من الإصابة. من الممكن أن يفقد الإنسان جزءًا كبيرًا من كبده في حادث أو عملية جراحية، ولكن طالما بقي ربع الكبد على الأقل سليمًا وخاليًا نسبيًا من الندوب، فيمكنه تجديد نفسه والعودة إلى حجمه الأصلي ونشاطه الكامل. ولسوء الحظ، فإن هذه القدرة على التعافي الذاتي لا تميز أجزاء أخرى من الجسم. يستطيع السمندل إعادة نمو ذيله، لكن الإنسان لا يستطيع إعادة نمو ساق مبتورة أو تجديد مناطق الدماغ المفقودة في مرض الزهايمر. لكي يكون هذا ممكنًا، يحتاج البشر إلى المساعدة، وهذا هو الوعد بمجال بحث جديد ومتطور: طب تجديد الأنسجة.

وتلعب الخلايا الجذعية، وهي الخلايا السلفية القادرة على إنتاج مجموعة متنوعة من الأنسجة، دورًا مهمًا في هذا المجال الجديد. يتعلم العلماء كيفية مزج خليط من جزيئات السكر والبروتين والألياف لخلق بيئة تتطور فيها الخلايا الجذعية إلى أنسجة بديلة. وكما تظهر المقالات التالية، فقد تم إحراز تقدم كبير في استبدال أنسجة القلب التالفة وإعادة بناء العضلات. علاوة على ذلك، لا يزال الباحثون في المراحل الأولى من تطوير خلايا عصبية جديدة. يمكن لبعض الابتكارات أن تظهر في المختبر كعلاج طبي في غضون سنوات قليلة، والبعض الآخر في غضون بضعة عقود، ومن المحتمل أن يفشل بعضها في النهاية. فيما يلي بعض الابتكارات الواعدة.

في القلب كله / فارس جابر

قد تغير الخلايا الجذعية الطريقة التي يعالج بها الأطباء قصور القلب

في أوائل عام 2009، اشترى مايك جونز صحيفة في متجر في لويزفيل بولاية كنتاكي وقرأ عن طبيب محلي أراد تجربة شيء غير مسبوق: شفاء قلب مريض باستخدام الخلايا الجذعية التي سيتم إنتاجها من المريض نفسه وزراعتها في الثقافة. الخلايا الجذعية هي خلايا غير ناضجة لها القدرة على تجديد الأنسجة. وكان جونز، الذي كان يبلغ من العمر 65 عامًا في ذلك الوقت، يعاني من قصور القلب الاحتقاني، مما يعني أن قلبه لم يكن يضخ الدم بكفاءة. اتصل بالطبيب روبرتو بولي من جامعة لويزفيل، وفي يوليو من ذلك العام كان جونز أول شخص في العالم يتلقى عملية نقل للخلايا الجذعية القلبية الخاصة به.

قبل العلاج، كان جونز بالكاد يستطيع صعود الدرج. وهو اليوم يتمتع بالقوة الكافية لتقليم الحطب للمدفأة وإزالة جذوع الأشجار المتساقطة في منزله الذي تبلغ مساحته 36 دونما. زادت كمية الدم التي يخرجها القلب من حجرات القلب في كل انقباض، أو "الجزء القذفي"، من 20% إلى 40% في السنتين التاليتين للتجربة. وهذه نسبة أقل من القيمة العادية (التي تتراوح بين 50% إلى 70%)، لكنها تظل تحسنًا كبيرًا.

ومنذ ذلك الحين، تحسنت بالمثل حالة مئات المرضى الآخرين الذين عانوا من تلف في القلب وحقنهم الأطباء بالخلايا الجذعية المستخرجة من قلوبهم أو نخاع العظام وكذلك الخلايا الجذعية من متبرعين أجانب. يعتقد الباحثون أن الخلايا الجذعية تبني أنسجة جديدة وتشجع الخلايا الأخرى على الانقسام. لكن العديد من الأسئلة المهمة ظلت دون إجابة. لم يكتشف العلماء بعد أيًا من أنواع الخلايا الجذعية المختلفة يعمل بشكل أفضل، وكيف يتم إعداد الخلايا للعلاج بشكل دقيق، ولكن يتم اكتساب المعرفة الجديدة بسرعة. يقول بولي: "أعتقد أننا على أعتاب واحدة من أعظم الثورات الطبية في جيلنا". "لا يزال يتعين علينا أن نتعلم كيفية استخدام هذه الخلايا بشكل صحيح، ولكن هذا حقيقي بالفعل. وفي المستقبل سوف ننتج خلايانا الجذعية ونزرعها ونحتفظ بها في الثلاجة حتى نحتاج إليها".

إصلاح المضخة

في الأربعين سنة الماضية، نظر العلماء إلى القلب باعتباره مضخة حية قوية ولكنها ضعيفة. وبما أن القلب البالغ لا يبدو قادرا على تجديد خلاياه، فقد خلص الباحثون إلى أن أي موت للخلايا يضعفها بشكل لا يمكن إصلاحه. ومع ذلك، من وقت لآخر، لاحظ العلماء تحت المجهر خلايا القلب البالغة التي انقسمت. أثبت التأريخ الكربوني لأنسجة القلب المحفوظة صحة الفرضية القائلة بأن القلب البالغ يستبدل خلاياه أثناء الحياة، على الرغم من أن معدل الاستبدال أبطأ من معدل الاستبدال في الأمعاء والجلد. يقدر علماء الأحياء الآن أن القلب يستبدل 5% أو أكثر من 4-XNUMX مليار خلية عضلية قلبية كل عام. واكتشف الباحثون أيضًا أن الخلايا الجديدة يتم إنشاؤها عن طريق انقسام خلايا القلب الناضجة والخلايا الجذعية في القلب.

تسمح هذه الخلايا الجذعية المحلية للقلب بإصلاح نفسه من خلال إصلاحات صغيرة. بعد الإصابة بنوبة قلبية، على سبيل المثال، تنضج الخلايا الجذعية القلبية لتشكل خلايا قلب جديدة وتشجع الخلايا الموجودة على الانقسام. لكن هذا الإصلاح الذاتي لا يستمر سوى أسبوع أو أسبوعين، وهي فترة قصيرة جدًا لاستبدال ما يزيد عن مليار خلية تتضرر في نوبة قلبية نموذجية. والنتيجة هي مساحة كبيرة من الأنسجة الندبية غير المرنة. فكما يتشكل انتفاخ في المنطقة المتضررة من إطار السيارة، كذلك ينتفخ القلب في منطقة الندبة. القلب، الذي كان في السابق عضوًا بيضاويًا وفعالًا، أصبح مضخة ضعيفة وغير فعالة.

يوفر العلاج بالخلايا الجذعية للقلب كمية هائلة من خلايا الإصلاح الخاصة به. تظهر الدراسات التي أجريت على الحيوانات أن بعض الخلايا المحقونة تنضج لتصبح خلايا ناضجة، لكن الأغلبية تموت في غضون أيام قليلة. قبل أن تموت، تفرز الخلايا مزيجًا من البروتينات التي تشجع خلايا القلب السليمة على التكاثر، بالإضافة إلى الإنزيمات التي تحطم ألياف الكولاجين في النسيج الندبي، مما يفسح المجال لخلايا عضلة القلب الجديدة.

حتى الآن، لم يكمل الباحثون سوى عدد قليل ومحدود من الدراسات على البشر. قام بولي وزملاؤه بإزالة قطعة صغيرة من أنسجة القلب من 23 مريضًا يعانون من تلف أو فشل في القلب، بما في ذلك جونز. قام الباحثون بزراعة حدائق صغيرة من خلايا القلب في أطباق بتري وقاموا بغربلة الخلايا الجذعية بمساعدة مجموعة البروتين C، والتي تستخدم كعلامة محددة للخلايا الجذعية. ثم سمحوا للخلايا الجذعية بصنع ملايين النسخ من نفسها.

بعد ذلك، تلقى 16 مريضًا مليون خلية جذعية قلبية من خلال قسطرة تم إدخالها في الشريان القلبي، وتلقى 7 مرضى علاجًا قياسيًا (بشكل رئيسي حاصرات بيتا ومدرات البول). وبعد أربعة أشهر، تحسنت النسبة القذفية للمرضى الذين تلقوا الخلايا الجذعية من 30.3% في المتوسط ​​إلى 38.5% في المتوسط، في حين لم يكن هناك تحسن في المرضى الذين تلقوا العلاج القياسي (الحد الأدنى من التغيير من 30.1% إلى 30.2%). بعد مرور عام على العلاج، انخفض متوسط ​​وزن النسيج الندبي لدى المرضى الذين تلقوا الخلايا الجذعية بنسبة 30%.

وفي تجربة مماثلة، عالج إدواردو مارفان من معهد سيدارز سيناي للقلب في لوس أنجلوس وزملاؤه 17 مريضًا باستخدام الخلايا الجذعية الخاصة بهم، وعالج 8 مرضى بالعلاج القياسي. استخدم مارفان وفريقه ملقطًا يتم التحكم فيه عن بعد لقرص وإزالة حبة صغيرة من أنسجة القلب لزراعتها في المختبر. على عكس بولي، الذي استخرج بشكل أساسي الخلايا الجذعية "الحقيقية" التي تعبر عن بروتين C-Kit من مزارع الخلايا الخاصة به، أنتج مارفان مزيجًا متنوعًا من الخلايا، بعضها كان له قدرة محدودة على التمايز. لم يُظهر المرضى الذين تلقوا العلاج القياسي تغيرًا ملحوظًا إحصائيًا في حجم النسيج الندبي أو أنسجة القلب السليمة، بينما بين المرضى الذين عولجوا بالخلايا الجذعية كان هناك انخفاض بنسبة 42٪ في حجم الندبة وزيادة قدرها 13 جرامًا في حجم الندبة. أنسجة القلب السليمة على مدار عام واحد، على الرغم من أن الجزء القذفي لم يتحسن على الإطلاق.

وقد حاول باحثون آخرون علاج قصور القلب بخلايا تسمى الخلايا الجذعية الوسيطة، والتي تنشأ من نخاع العظم. وهذه الخلايا مثيرة للاهتمام لأن فرصتها في التحول إلى خلايا سرطانية أقل من فرص الخلايا الجذعية الأخرى. تفرز هذه الخلايا الجذعية عوامل النمو التي تشجع الخلايا المجاورة على التكاثر، ويمكن أن تصبح أيضًا خلايا عضلة القلب في ظل الظروف المناسبة. نتائج الدراسات حتى الآن غير متسقة: تحسنت حالة بعض المرضى بشكل واضح، بينما لم تتم ملاحظة أي تغييرات إيجابية تقريبًا في حالات أخرى.

وتساءل جوشوا هار من جامعة ميامي عما إذا كان مرضى القلب سيكونون قادرين على أخذ الخلايا الجذعية من نخاع عظم المتبرع، أو إذا كانوا سيرفضونها كخلايا أجنبية. قام هار بحقن 15 مريضًا بالخلايا الجذعية من نخاع عظامهم، وحقن 15 آخرين بخلايا من متبرعين. وبعد ثلاثة عشر شهرًا، لم يرفض أحد الخلايا المزروعة، وانكمش النسيج الندبي بأكثر من الثلث في كلا المجموعتين. بالنسبة للمرضى الأكبر سنًا، قد تكون الخلايا الجذعية من المتبرعين الشباب أكثر نجاحًا من الخلايا الجذعية الذاتية، لأن الخلايا الشابة لم تتعرض بعد إلى تآكل كبير.

يقول هير: "حتى الآن، لم تكن لدينا طريقة لإزالة الندبة التي تتشكل بعد نوبة قلبية". "إن تقليل الندبات واستبدال الندبة بأنسجة جديدة هو الإنجاز الذي كنا ننتظره. أعتقد أنه سيغير علاج قصور القلب."

الغراء كعلاج سحري / كريستين جورمان

قد يكون من الممكن إعادة نمو العضلات والأوتار وحتى الأعضاء بمساعدة الغراء الذي ينتجه الجسم نفسه

لسنوات عديدة، ركز علماء الأحياء على آليات نشاط الخلية لدرجة أنهم تجاهلوا بشكل شبه كامل "الغراء" الذي يربط الخلايا ببعضها البعض في جسم الإنسان أو الحيوانات الأخرى. منذ اللحظة التي بدأ فيها الباحثون دراسة المادة بين الخلايا، التي تسمى المصفوفة خارج الخلية، أدركوا مدى ديناميكيتها. ولا يكفي أن توفر الأنسجة المهملة السقالات البيولوجية اللازمة للحفاظ على الأنسجة والأعضاء ومنعها من التحلل إلى بركة لزجة، ولكنها ترسل أيضًا إشارات كيميائية تساعد الجسم على الشفاء، من بين أمور أخرى.

وقد دفعت هذه الأفكار الباحثين إلى تطوير نهج جديد لهندسة الأنسجة تلعب فيه قوى التجدد في سقالاتنا الطبيعية الدور الرائد. تتمثل الفكرة في إنتاج مصفوفة خارج الخلية من الحيوانات، مثل الخنازير، وزرعها في المرضى الذين يعانون من أضرار داخلية شديدة (بعد، بالطبع، تحييد مكونات الجهاز المناعي للمرضى بحيث لا تثير هجومًا مدمرًا ضدهم). المادة المزروعة). من المفترض أن تقوم السقالات الجديدة بتوزيع الجزيئات التي ستجذب الخلايا الجذعية شبه المتخصصة من مناطق أخرى من الجسم لتؤدي الأدوار المختلفة وتتمايز تمامًا إلى نوع الأنسجة التي يجب أن تكون في مكانها. وفي النهاية سيتم أيضًا استبدال السقالة المزروعة بالبروتينات والألياف البشرية وبالتالي تختفي ذاكرة حيوانات المزرعة التي تم إنتاجها منها.

ويعمل الباحثون على تحويل هذه الرؤية إلى واقع ملموس بوتيرة سريعة مذهلة. منذ أقل من عشر سنوات، بدأ الجراحون باستخدام مصفوفة خارج الخلية لإصلاح فتق البطن (الفتق)، الناجم عن مناطق الضعف في العضلات والأنسجة الداعمة التي تحيط بالأمعاء. واليوم يحاولون زراعة الأوتار داخل الجسم، وفي المستقبل غير البعيد، يأملون في جعل تجديد مجموعات العضلات الرئيسية وحتى الأعضاء إجراءً يوميًا. وليس من المستغرب أن تستثمر وزارة الدفاع الأميركية، التي اكتسبت خبرة قاتمة في علاج الجنود الجرحى الذين اخترقت عبوات ناسفة وجوههم أو أذرعهم أو أرجلهم في العراق أو أفغانستان، عشرات الملايين من الدولارات في العديد من هذه الدراسات.

التندب مقابل التجديد

أحد الباحثين الذين يتمتعون بوضع ناجح بشكل خاص للتقدم في هذا المجال هو ستيفن باديلاك، نائب مدير معهد ماكجوان للطب التجديدي للأنسجة في جامعة بيتسبرغ. بدأ باديلاك حياته المهنية كطبيب بيطري، ثم حصل على درجة الدكتوراه في علم الأمراض وأخيرًا على شهادة الطب. ويقول: "إنها ليست الطريقة الأكثر عملية للتعلم، إلا إذا كنت على استعداد لتحمل ديون دراسية ضخمة".

ويعتقد باديلاك أن المصفوفة خارج الخلية سيكون لها ميزة في المستقبل، وخاصة في علاج ضحايا القنابل. ويقول إن جسم الثدييات محدود في الطرق التي يمكنه بها الاستجابة للإصابة. تختفي الجروح الصغيرة، مثل قطع الورق، بعد أن تغمر الخلايا الالتهابية المنطقة وتحارب العدوى وتزيل الأنسجة التالفة. وبعد وقت قصير يحدث تجديد كامل للبشرة الطبيعية (بدون ندبات). ومن ناحية أخرى، قد يفقد الجنود الذين يتعرضون للقنابل ما بين 20% إلى 80% من كتلة مجموعة عضلية معينة. ويقول الباحثون إنه في مثل هذه الحالات الشديدة، لا يستطيع الجسم استعادة الأنسجة، ويتم ملء الفجوة التي تنفتح بنسيج ندبي مضغوط، والذي على الرغم من أنه يربط الأجزاء المتبقية من الأنسجة، إلا أنه يؤدي أيضًا إلى فقدان النشاط. في هذه الحالات، قد يكون الخيار الأفضل هو بتر الطرف وتركيب طرف اصطناعي يوفر نطاقًا أكبر من الحركة.

ويستخدم باديلاك وزملاؤه الآن المصفوفة خارج الخلية لعلاج 80 من هؤلاء المرضى، الذين يعانون من إصابات عضلية شديدة حدثت قبل ستة أشهر على الأقل من بدء العلاج. بعد اتباع نظام صارم من العلاج الطبيعي، مصمم للتأكد من أن الجسم قد قام بتجديد أكبر قدر ممكن من العضلات من تلقاء نفسه، يقوم الجراحون بإعادة فتح الجروح القديمة، وإزالة الأنسجة الندبية الناتجة، وإدخال السقالة البيولوجية وربطها بالأنسجة السليمة المجاورة. .

يقول الطبيب البيطري ومهندس الأنسجة إن النتائج الأولية واعدة. تظهر خزعات العضلات التي خضعت لمثل هذا العلاج تغيرات كيميائية حيوية مشابهة لتلك التي شاهدها الباحثون عندما طوروا هذه الطريقة على الحيوانات. إذا سارت الأمور على ما يرام، تأمل باديلاك أن تنشر نتائج أول خمسة مرضى في صيف عام 2013.

الحل الحلو لاستبدال الأعضاء / كاثرين هارمون

لبناء أعضاء كبيرة تعمل بشكل صحيح، يجب على العلماء إيجاد طريقة لنسج الأوعية الدموية فيها

اعتاد جمهور المستمعين والمشاهدين لمحادثات TED على المفاجأة بالابتكارات التكنولوجية، لكن حديث أنتوني أتالا من معهد ويك فورست للطب التجديدي للأنسجة فاجأهم حتى. خلف أتالا، مخفيًا عن أعين الجمهور في بداية المحاضرة، وقفت جميع أنواع القوارير والفوهات التي تطن بنشاط غامض. بعد ذلك، في حوالي ثلثي المحاضرة، ركزت الكاميرا على الأجزاء الداخلية للآلة وأظهرت كيف تقوم بحركة نسج ذهابًا وإيابًا، حيث تضع الخلايا الحية المزروعة في مزرعة مختبرية طبقة بعد طبقة عبر سطح مركزي ، وفقًا لتعليمات رقمية دقيقة ثلاثية الأبعاد. تحاكي هذه العملية، المعروفة باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، تشغيل الطابعات النافثة للحبر، إلا أنه بدلاً من الحبر، تستخدم الطابعة محلولاً من الخلايا الحية. في نهاية ما يسمى بعملية "الطباعة" التي أجراها أتالا، طبقة تلو الأخرى، يمكن لكلية بالحجم الطبيعي مصنوعة من خلايا بشرية، تمامًا مثل الطابعة الشخصية ثلاثية الأبعاد أن تنتج، على سبيل المثال، قطعة غيار لآلة صنع القهوة.

إن إيجاد طريقة سريعة ومباشرة لإنتاج الأعضاء هو تطور مرحب به لأكثر من 105,000 أمريكي ينتظرون التبرع بالأعضاء. لكن الكلية المبرمجة التي قدمها أتالا قبل عامين لم تكن صالحة للزراعة. كان يفتقر إلى عنصرين أساسيين: الأوعية الدموية النشطة وأنابيب جمع البول. وبدونها أو غيرها من القنوات الداخلية، لا تستطيع الخلايا الموجودة في الطبقات الداخلية للأعضاء الكبيرة مثل الكلى الحصول على الأكسجين والمواد المغذية الضرورية، أو التخلص من النفايات السامة، ومحكوم عليها بالموت السريع. وحاول العلماء طباعة مثل هذه الهياكل المجوفة في العضو، طبقة بعد طبقة، من خلال ترك مناطق فارغة في الأماكن المناسبة في كل طبقة، لكن هذه الطريقة خلقت قنوات يمكن أن تنهار وتنهار تحت الضغط الناتج عن الدم المتدفق من القلب.

وقد قدم فريق من العلماء من جامعة بنسلفانيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) حلاً رائعًا لهذه المشكلة. فبدلاً من طباعة العضو وجميع أنابيبه الداخلية مرة واحدة، يقومون بطباعة قالب للأنابيب من السكر القابل للذوبان ثم بناء الطبقات المناسبة من الخلايا حول القالب. ثم يتم غسل النموذج، تاركًا وراءه بنية صلبة من الممرات المقاومة للتغيرات في ضغط الدم في الجسم.

حلوى ملهمة

جاء جوردان ميلر (أحد العلماء الرئيسيين في المشروع وزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة بنسلفانيا) بالفكرة على مرحلتين. أحدهما، عندما نظر إلى عرض الجثث والأعضاء في معرض "عوالم الجسد"، رأى أن معدي الجثث أظهروا البنية الشبيهة بالدانتيل للأوعية الدموية في عضو كبير عن طريق حقن السيليكون في الجهاز الوعائي وتدليكه وإزالته. جميع بقايا الأنسجة العضوية.

افترض ميلر أنه سيكون من الممكن إنشاء قالب اصطناعي يعمل كأساس لبناء الأوعية الدموية الداخلية. لكن المواد الكيميائية اللازمة لإذابة السيليكون سامة للخلايا الحية التي من المفترض أن تغطي القالب. وتغلب على مشكلة اللمعان في نفس الوقت الذي كان يقدم فيه في أحد المطاعم الفاخرة حلوى تشبه التعريشة مصنوعة من السكر الصلب. لماذا لا تصنع من السكر قالبًا للأوعية الدموية أو التجاويف الأخرى التي يمكن غسلها بالماء؟

قام ميلر وزملاؤه بتعديل طابعة ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر تسمى Rep-Rap لاستخدام خليط مصمم بعناية من السكريات لطباعة ألياف بأقطار مختلفة، من ملليمتر إلى 100 ميكرون.

استخدم الفريق هذه الألياف لإنشاء نسخة مثالية من شبكة الأوعية الدموية وقاموا بتغليف الهيكل العظمي ببوليمرات صديقة للخلايا لمنع ذوبان السكر بسرعة كبيرة. ثم قام العلماء بتغليف البنية بأكملها في خليط من السائل خارج الخلية والخلايا البطانية من النوع الذي يبطن الأوعية الدموية. وفي النهاية، قاموا بغسل السكر بالماء وتركوا أوعية دموية مستقرة مصنوعة من الخلايا الحية.

ثم جاء دور الخلايا. تمامًا كما هو الحال في الجسم، بدأت الخلايا في إعادة تشكيل الأوعية الدموية التي وجدت نفسها فيها، مما أدى إلى تقوية البنية بأكملها وحتى تشكيل شعيرات دموية صغيرة في نهايات الأوعية الدموية الكبيرة. ومن خلال السماح للخلايا بإنهاء عمل استكمال التفاصيل، كما يقول كريستوفر تشين، مدير مختبر تصنيع الأنسجة في جامعة بنسلفانيا، "نتحرر من تصميم الهيكل بالكامل". يمكن للجسم إجراء الإصلاحات الدقيقة في عضو مثالي تقريبًا، وإعادته إلى وظيفته الكاملة.

حتى الآن، قام تشن وميلر وزملاؤهما بإنشاء مكعبات من أنسجة الكبد مع قوالب الأوعية الدموية المصنوعة من السكر وزرعوها في الفئران لإثبات أنها تتكامل مع نظام الأوعية الدموية الموجود. لا يمكن لهذه الكتل من الأنسجة أن تحل محل أعضاء كاملة، ولكن يمكن للمرء أن يرى كيف أن إضافة خلايا الكبد أو الكلى أو البنكرياس إلى نظام متطور بالكامل من الأوعية الدموية يمكن أن يؤدي في يوم من الأيام إلى طباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء الكبيرة.

إعادة زراعة غابات الدماغ / فريس جابر

تؤدي الاضطرابات التنكسية العصبية إلى تدمير الدماغ، لكن الأطباء يأملون في تعويض الخلايا المفقودة يومًا ما

تتفرع الخلايا العصبية في الدماغ البشري وتنمو جنباً إلى جنب مع الخلايا العصبية الأخرى، حولها وفوقها تماماً مثل الأشجار في غابة متشابكة. كان العلماء يعتقدون أن كل خلية عصبية تذبل وتموت بسبب الإصابة أو المرض تختفي إلى الأبد لأن الدماغ لا يستطيع استبدالها بأخرى. ومع ذلك، منذ التسعينيات، يعتقد معظم علماء الأعصاب أن الدماغ البالغ يزرع حدائق صغيرة من الخلايا الجذعية التي يمكن أن تصبح خلايا عصبية ناضجة.

لا يزال الباحثون يحاولون معرفة عدد المرات التي تصبح فيها هذه الخلايا الجذعية خلايا عصبية جديدة ومدى كفاءة الخلايا المتمايزة في البقاء على قيد الحياة والانضمام إلى الدوائر العصبية الموجودة في الدماغ. هناك أدلة على أن الخلايا الجذعية العصبية الموجودة في الدماغ تساعد قليلاً في الشفاء الذاتي للدماغ، مثل استبدال مجموعة صغيرة من الخلايا العصبية التي تضررت في السكتة الدماغية. لكن مثل هذا الحد الأدنى من الشفاء الذاتي لا يعيد الملايين من الخلايا العصبية التي تهلك بسبب السكتة الدماغية، أو إصابات الدماغ المؤلمة، أو أمراض الدماغ التنكسية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

قبل عشرين عاما، حاول جراحو الدماغ التغلب على قدرة الدماغ المحدودة على التجدد عن طريق زرع شرائح من دماغ الجنين في دماغ المريض لاستبدال الخلايا العصبية الميتة بخلايا جديدة. وكانت النتائج في تلك التجارب السريرية مخيبة للآمال، لكن بعض الجراحين يعتقدون الآن أنهم وجدوا طريقة لجعل العلاج أكثر أمانًا وموثوقية. وبدلا من الاعتماد على الأنسجة الجنينية، يستطيع العلماء تنمية ملايين الخلايا العصبية الشابة من الخلايا الجذعية في المختبر وحقنها مباشرة في دماغ المريض. وعلى الرغم من أن قليلين يتوقعون استخدام العلاج على نطاق واسع في أقل من عشر أو عشرين عامًا، إلا أن الدراسات الأولى لتحقيق هذا الهدف قد بدأت بالفعل.

وقد ركزت الأبحاث الواعدة حتى الآن على مرض باركنسون، الذي يبدو أنه يستجيب بشكل جيد لعملية الزرع. يؤثر مرض باركنسون على حوالي 10 ملايين شخص في جميع أنحاء العالم (بما في ذلك مليون شخص في الولايات المتحدة). وينجم المرض بشكل رئيسي عن موت الخلايا العصبية التي تفرز الدوبامين في منطقة الدماغ المتوسط ​​المعروفة باسم "المادة السوداء" (المادة السوداء)، والتي لها دور مهم، من بين أمور أخرى، في التحكم في الحركة. تشمل الأعراض غالبًا الارتعاش والتصلب وصعوبة المشي.

في أوائل الثمانينات، استخرج العلماء أنسجة دماغية غير ناضجة من أجنة الفئران وزرعوها في المادة السوداء للفئران التي سبق أن تم إزالة خلاياها العصبية التي تفرز الدوبامين لمحاكاة مرض باركنسون. وعلى الرغم من أن الخلايا العصبية المزروعة نجت، إلا أنها فشلت في تشكيل دائرة عصبية وظيفية. عادة، عندما يتطور الدماغ في الرحم، ترسل الخلايا العصبية في المادة السوداء فروعًا إلى منطقة أخرى من الدماغ تسمى الجسم المخطط، حيث تفرز الناقل العصبي الدوبامين للتواصل مع الخلايا العصبية في الجسم المخطط. المسافة بين المادة السوداء والجسم المخطط في أدمغة البالغين، حتى في أدمغة الفئران البالغة، أكبر بكثير منها في أدمغة الأجنة. وفي التجارب المبكرة، لم تكن الخلايا العصبية قادرة على سد الفجوة. وفي التجارب التالية، حاول الباحثون، بدلاً من ذلك، زرع الخلايا العصبية غير الناضجة مباشرة في الجسم المخطط. يبدو أن عملية الزرع هذه ناجحة. نجت الخلايا العصبية، وتشابكت في الدوائر العصبية الموجودة وبدأت في إفراز الدوبامين.

وفي تجارب لاحقة على القوارض والقرود، أعادت هذه الغرسات مستوى الدوبامين إلى المستوى الطبيعي تقريبًا وحسّنت الوظيفة الحركية: ارتجفت الحيوانات بشكل أقل وحسّنت قبضتها على الأشياء. وافترض الباحثون أن العلاج مفيد ليس فقط بسبب الدوبامين الذي تفرزه الخلايا العصبية المزروعة، ولكن أيضًا لأنها تفرز عوامل النمو التي تحمي وتغذي خلايا مستقبلات الدوبامين في الجسم المخطط. وبما أن الخلايا العصبية المزروعة هي خلايا حية تنتج وتفرز وتمتص الناقلات العصبية باستمرار، فإنها تستطيع الحفاظ على توازن مستويات الدوبامين في أدمغة مرضى باركنسون بشكل أكثر فعالية من العلاج الدوائي مثل تناول L-dopa.

في أوائل التسعينيات، تم زرع أنسجة دماغ جنينية في أربعة مرضى بمرض باركنسون في السويد في تجربة رائدة مهدت الطريق لتجربتين سريريتين كبيرتين على 90 و40 مريضًا بتمويل من المعاهد الأمريكية للصحة (NIH). وفي كلتا التجربتين، تم زرع أنسجة الجنين في نصف الأشخاص، وخضع النصف الآخر لعملية جراحية زائفة. وكانت النتائج محبطة. ولم تكن هناك فائدة في المجموعات المعالجة مقارنة بالمجموعات الضابطة، باستثناء الفائدة في حالة بعض المرضى الذين تقل أعمارهم عن 34 عامًا في إحدى التجارب.

وبينما اعتبر العديد من الباحثين هذه التجارب فاشلة تمامًا، شكك آخرون في البيانات وقرروا المحاولة مرة أخرى لعدة أسباب. أولاً، من الصعب للغاية توحيد زراعة الأنسجة الجنينية لأن المرضى غالبًا ما يتلقون عينات أنسجة ذات صفات مختلفة ومن متبرعين مختلفين. ثانيًا، قال أندرس بيوركلوند من جامعة لوند وباحثون آخرون إن القائمين على التجربة توقعوا حدوث تحسن سابق لأوانه. الخلايا العصبية المزروعة لا تزال بعيدة عن النضج، ومن المحتمل أن يستغرق الأمر عدة سنوات حتى تندمج في الدماغ. وفي دراسة تابعت المرضى الذين تم زرعهم في إحدى التجارب وتم تمويلها من قبل المعاهد الوطنية للصحة، تبين أنه بعد عامين وأربعة أعوام من عمليات زرع الأعضاء كان هناك تحسن في بعضهم.

وركز لورينز ستادر من مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان على طريقة أخرى لاستبدال الخلايا المفقودة في مرض باركنسون، وهو ما يحل مشكلة التنظيم. وقام بتعريض الخلايا الجذعية الجنينية في المختبر لسلسلة من المواد التي تحاكي نوع الإشارات الكيميائية التي كان من المفترض أن تستقبلها الخلايا في دماغ الجنين. تدفع هذه الإشارات الخلايا نحو مرحلة معينة من التطور تقابل شهرين في الرحم. تحدث هذه المرحلة بعد آخر انقسام للخلايا، ولكن قبل أن تنمو الخلايا بعمليات طويلة أو متفرعة. ولأن ستادر يراقب بعناية نمو الخلايا وتطورها في المختبر، فإنه يستطيع تكوين ملايين الخلايا العصبية الشابة المتطابقة تقريبًا والمناسبة للزرع. إن حقن الخلايا الجذعية الجنينية التي لم تخضع لأي تمايز في الدماغ أو أي عضو آخر يزيد من خطر تكوين الأورام لأن الخلايا الجذعية قد تنمو خارج نطاق السيطرة. وقد نشر ستادر حتى الآن نتائج واعدة للتجارب التي أجريت على الجرذان والقرود: حيث لوحظ تحسن في التحكم في الحركة في كلا النوعين من الحيوانات. ويأمل أن يبدأ التجارب السريرية البشرية في غضون ثلاث إلى أربع سنوات.

يقول بيوركلوند: "تتناول هذه الدراسة قضية أوسع بكثير". "يعد مرض باركنسون المحك المناسب لاختبار هذا النوع من العلاج. إذا كانت طريقة العلاج بالخلايا الجذعية هذه مفيدة لمرضى باركنسون، فإنها ستفتح إمكانية علاج مجموعة واسعة من الأضرار وأمراض الجهاز العصبي المركزي."

_________________________________________________________________________________

باختصار

قد يُحدث مجال طب تجديد الأنسجة الناشئ ثورة في يوم من الأيام في علاج أمراض القلب والأمراض التنكسية العصبية، وحل مشكلة النقص في التبرع بالأعضاء، وتجديد العضلات والأوتار والأنسجة التالفة الأخرى بشكل كامل.

إن مفتاح النجاح، كما يتعلم الباحثون، هو تزويد الجسم بنوع من المعدات الأولية المصنوعة من مجموعة متنوعة من البروتينات أو الألياف أو الخلايا، أو استنساخ نسخ إضافية من الخلايا الجذعية شبه المتخصصة الموجودة بالفعل في الجسم. مريض بالغ. وبعد ذلك يُسمح للجسد بأن يقوم بعمله.

تسمح المساعدة الخارجية للجسم بإعادة نمو الأنسجة بأنواع أو بكميات غير ممكنة في العادة. وقد ساعدت علاجات الشفاء الذاتي هذه بالفعل بعض مرضى القلب إلى حد ما، كما ساعدت الجراحين على إصلاح العضلات التالفة.

إصلاح القلب

عندما يتم استخراج الخلايا الجذعية شبه المتخصصة من قلب مريض، تتم مساعدتها على إنتاج ملايين النسخ من نفسها ثم يتم حقنها مرة أخرى في القلب. تسمح هذه العملية للقلب بتكسير الأنسجة المتندبة ونمو خلايا عضلية جديدة.

نمو الدماغ

لاستبدال خلايا الدماغ الميتة بسبب الاضطرابات التنكسية في الجهاز العصبي، مثل مرض باركنسون، يحاول بعض الباحثين زرع أنسجة دماغ الجنين وحقن خلايا عصبية شابة مزروعة في المختبر من الخلايا الجذعية.