وفي دراسة جديدة، اكتشف علماء من إسرائيل والولايات المتحدة وألمانيا كيف تستشعر الخلايا درجة صلابة "السرير"، ولماذا فقط درجة معينة من مرونة "الينابيع" ستسمح لها بأخذ شكل عضلة.
تحتاج الخلايا الجذعية، مثل الخلايا المعتدلة في قصة الدببة الثلاثة، إلى سرير بالحجم المناسب لتتحول إلى عضلات. عندما يكون "السرير" لينًا جدًا، يتحول إلى خلايا عصبية أو خلايا دماغية، وعندما يكون قاسيًا للغاية، يتحول إلى عظام. وفي دراسة جديدة، اكتشف علماء من إسرائيل والولايات المتحدة وألمانيا كيف تستشعر الخلايا درجة صلابة "السرير"، ولماذا فقط درجة معينة من مرونة "الينابيع" ستسمح لها بأخذ شكل عضلة.
قبل عدة سنوات، اكتشف البروفيسور دينيس ديشر من جامعة بنسلفانيا اكتشافًا مدهشًا: فقد كان قادرًا على توجيه مصير الخلايا الجذعية في المختبر فقط من خلال التغيرات في صلابة الركيزة التي توضع عليها. الخلايا الموضوعة على سطح ناعم لم تتطور فقط إلى شكل مختلف عن الخلايا الموضوعة على سطح صلب، ولكنها عبرت أيضًا عن مجموعات مختلفة من الجينات. وقد اهتم البروفيسور شموئيل شفران، من قسم المواد والسطوح في كلية الكيمياء، بهذه النتائج. لقد أراد أن يعرف بالضبط كيف تتفاعل الخلايا الجذعية مع العلامات الجسدية فقط، مثل درجة صلابة الركيزة. بالتعاون مع الدكتور عساف زمل، الذي كان باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعته وهو حاليا في إحدى الجامعات العبرية، اقترح البروفيسور شافران نظرية تشرح كيف يتحكم وسط النمو في ترتيب الألياف التي تشكل الهيكل العظمي داخل الخلايا. قام البروفيسور ديشر وأعضاء مجموعته - بما في ذلك أندريه براون والدكتور فلوريان رابفيلدت - باختبار النظرية في التجارب المعملية. يتكون الهيكل العظمي داخل الخلايا من خيوط رفيعة وقوية من بروتين الأكتين، والتي يتم ترتيبها في بنية شبكات أو حزم متوازية. يمنح الهيكل المرن الخلية صلابة جزئية، مثل معجون الأسنان تقريبًا. لكن ألياف الأكتين تعمل أيضًا كنابض: فهي ترتبط ببروتين آخر يسمى الميوسين، الذي يمسك اثنين من ألياف الأكتين المتوازية ويسحبهما. هذا السحب يخلق قوة انكماش في الخلية. توجد مثل هذه النوابض في العديد من أنواع الخلايا، وتسبب توترًا داخليًا في بنية الخلية.
افترض البروفيسور شافران والدكتور زامل أن الخلية الحية، التي تميل بشكل طبيعي إلى التمدد والانتشار على أسطح معينة، تحاول جمع نفسها وسحب نفسها إلى الخلف عن طريق تنشيط الألياف الهيكلية المقلصة. يتم تحديد التوازن بين هذين الاتجاهين من خلال النسبة بين صلابة الخلية وصلابة السطح. وفقًا للنموذج الذي طوره العلماء، عند درجة معينة من المرونة، تقوم ألياف الهيكل العظمي بترتيب نفسها في حزم موازية تقريبًا للمحور الطولي للخلية. إن التجارب التي أجريت في مختبر البروفيسور ديشر، والتي تم فيها اختبار الركائز التي تحاكي درجة صلابة المواد المختلفة التي توضع عليها الخلايا الجذعية المتمايزة، دعمت هذا النموذج. وقد ظهر مؤخرًا مقال يصف النظرية ونتائج التجربة في المجلة العلمية Physics Nature.
على سطح ناعم جدًا، تتغلب الألياف القابلة للتقلص بسهولة على قوى الشد للخلية. عندما تكون الخلية مسترخية نسبيًا، فإنها تنتج أليافًا قليلة، ولا يتم سحبها في اتجاه معين. من ناحية أخرى، على السطح الأكثر صلابة، يلعب الشكل الإهليلجي للخلية دورًا أكثر أهمية ويحمل عواقب مهمة، لأن الألياف الطولية، الطويلة، تمتد أكثر من الألياف المستعرضة. ونتيجة لذلك، تتطور الألياف المضافة حديثًا بشكل رئيسي على طول المحور الطولي. يقول البروفيسور شافران: "هذا هو بالضبط الترتيب الذي تحتاجه لتكوين العضلات". ومع زيادة صلابة السطح، تصبح الألياف ممتدة لدرجة أن شكل الخلية واتجاهها لم يعد يلعب دورًا، وتتشكل ألياف جديدة في جميع الاتجاهات. يقوم البروفيسور شافيرن، بالتعاون مع باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور بنيامين فريدريش، وبالتعاون مع مجموعة البروفيسور ديشر، بدراسة الطريقة التي تؤثر بها تصلب السطح على تكوين ألياف التوتر في العضلات. قد يجد البحث في هذا المجال طريقة تسمح بتوجيه تطوير الخلايا والأنسجة للاستخدامات الطبية والتكنولوجية الحيوية.
