ما هو هيكل الخلايا الجذعية؟

أثناء قراءتك لهذا ، يكون الباحثون حول العالم في مقاعد المختبرات الخاصة بهم ، لمعرفة كيفية زراعة أنسجة وأعضاء جديدة يومًا ما من خلايا مفردة. إذا كنت تعتقد أن هذا يبدو وكأنه شيء من فيلم خيال علمي ، فأنت لست وحدك. ومع ذلك ، يمكن أن يسفر هذا البحث عن اختراق علمي يغير الطريقة التي يعالج بها المهنيون الطبيون مجموعة واسعة من الأمراض البشرية في العالم الحقيقي.

قد تكون الأهداف النهائية لهذا البحث واسعة ، ولكن موضوع البحث صغير جدًا لدرجة أنك لا تستطيع رؤيته بالعين المجردة. الموضوع الخلايا الجذعية. بفضل خصائصها الفريدة ، تتمتع هذه الخلايا المذهلة بالقدرة على تغيير مستقبل العلم والطب.
اقرأ المزيد عن مزايا وعيوب أبحاث الخلايا الجذعية.

أنت تعلم أن التكاثر الجنسي يتطلب خلية منوية وخلية بويضة معًا وتشكيل a اللاقحة عن طريق الإخصاب. تحتوي هذه الخلية الوحيدة حقيقية النواة على مجموعة كاملة من المعلومات الجينية ولديها القدرة على الانقسام إلى كائن حي متعدد الخلايا معقد مثلك.

لكن هل تساءلت يومًا كيف يمكن أن تنقسم تلك الخلية المفردة إلى تريليونات وتريليونات من الخلايا في جسم الإنسان؟ وكيف يمكن لخلية واحدة فقط أن تنتج أنواعًا مختلفة من الخلايا - خلايا الجلد وخلايا الدماغ ، على سبيل المثال؟

عندما تبدأ البيضة الملقحة في الانقسام (قبل أن تنغرس في الرحم) ، فإن الخلايا الناتجة هي في الواقع خلايا جذعية. يقول العلماء إن هذه الخلايا المرنة كلاهما تكاثري و متعدد القدرات. هذا يعني أن الخلايا تنقسم بسهولة لإنتاج العديد والعديد من الخلايا - ويمكن أن تتطور إلى أي نوع من الخلايا المتخصصة من خلال الخلايا الجذعية التفاضل.
اقرأ المزيد عن شرح تخصص الخلية.

للوهلة الأولى ، لا تبدو أجزاء الخلية الجذعية مميزة على السطح. مثل جميع الخلايا في جسم الإنسان ، تشترك جميع الخلايا الجذعية في عدد قليل من الهياكل المشتركة. وتشمل هذه:

• أ غشاء الخلية، وهي طبقة ثنائية الدهون تحيط بالخلية تسمح لبعض المواد بالدخول إلى الخلية وإبعاد الآخرين عنها.
  
• السيتوبلازموهو المرق السائل داخل الخلية.
  
• أ نواة، والذي يحتوي على جميع المعلومات الجينية للخلية المخزنة على هيئة DNA.

بين الإخصاب في قناة فالوب والانغراس في الرحم ، سيتغير الجنين من ورقة بسيطة من الخلايا الجذعية إلى مجموعة منظمة من الخلايا - تسمى المعدة - بثلاثة طبقات جرثومية. ستؤدي هذه في النهاية إلى ظهور جميع أنواع الخلايا والأنسجة والأعضاء التي تتكون من جنين بشري كامل (وإن كان صغيرًا جدًا).

تسمى الطبقة الخارجية الأديم الظاهر، ينتج عنه خلايا الجلد وأنسجة الجهاز العصبي. الطبقة الوسطى ، أو الأديم المتوسط، ينتج خلايا الدم والنسيج الضام وخلايا العضلات وأنسجة المشيمة التي تحافظ على حياة الجنين في الرحم. تسمى الطبقة الداخلية الأديم الباطن، يخلق بطانات الأمعاء والرئتين والجهاز البولي التناسلي.

بفضل تعدد القدرات ، يمكن للخلايا الجذعية أن تتمايز وتصبح أيًا من أنواع الخلايا هذه بعد الزرع. هذه الخلايا الجذعية المرتبطة بالتطور الطبيعي للأجنة هي واحدة من ثلاثة أنواع من الخلايا الجذعية التي يستخدمها العلماء. الباحثون يسمونها الخلايا الجذعية الجنينية البشرية، أو hESCs.

لم تنشأ الخلايا الجذعية الجنينية التي يستخدمها العلماء أبدًا من الإخصاب التقليدي داخل قناة فالوب لإنسان حقيقي. بدلاً من ذلك ، يقوم العلماء بإنشائها في أنابيب الاختبار باستخدام في المختبر الإخصاب (IVF). تنتهي هذه الخلايا الجذعية الجنينية عمومًا في المختبرات البحثية بعد أن ينهي الأشخاص الذين يستخدمون التلقيح الاصطناعي لتكوين العائلات العملية والتبرع بالأجنة المجمدة الإضافية للعلم (بدلاً من تدميرها).

بالنسبة للباحثين ، هناك فوائد معينة لاستخدام الخلايا الجذعية الجنينية مقارنة بأنواع الخلايا الجذعية الأخرى. من السهل الحصول على الخلايا الجذعية الجنينية وهي سهلة النمو في الثقافة. الأهم من ذلك ، أن الخلايا الجذعية الجنينية عبارة عن ألواح فارغة حقًا يمكن أن تؤدي بشكل أساسي إلى ظهور أي نوع من الخلايا عند تمايز الخلايا الجذعية.

تمامًا كما تفعل الخلايا بعد الانغراس في رحم حي ، تتجمع الخلايا الجذعية الجنينية في المختبر بشكل طبيعي معًا في أجسام جنينية والبدء في التمايز إلى خلايا متخصصة. يجب على العلماء الذين يزرعون الخلايا الجذعية الجنينية في المزرعة الحفاظ على ظروف معينة في الوسط المتنامي لمنع حدوث ذلك.

من خلال السماح للخلايا الجذعية بالتكاثر دون تمايز ، يبتكر العلماء خطوط الخلايا الجذعية الجنينية. يمكن للعلماء بعد ذلك تجميد هذه الخطوط الخلوية وإرسالها إلى مختبرات أخرى لمشاريع بحثية أو مزيد من الاستزراع. للتأهل كخط خلوي ، يجب على الخلايا الجذعية الجنينية:

• تنمو غير متمايزة في زراعة الخلايا لمدة ستة أشهر على الأقل.
• كن متعدد القدرات ، أو قادرًا على التمايز إلى أي نوع من الخلايا.
• ليس لديهم تشوهات وراثية.

عندما يكون الباحثون جاهزين للخلايا الموجودة في خط الخلايا الجذعية الجنينية لتصبح أنواعًا معينة من الخلايا ، مثل خلايا معينة مشروع بحثي ، يقومون ببساطة بتغيير وسط الثقافة أو حقن جينات معينة في الخلية الجذعية لتحفيز الخلية الجذعية التفاضل.

اتضح أن العديد من الأنسجة الناضجة في جسم الإنسان المتطور تمامًا تتشبث ببعض الخلايا غير المتمايزة في يوم ممطر. هؤلاء الخلايا الجذعية البالغة - اتصلت في بعض الأحيان جسدي الخلايا الجذعية - تنشط عندما يحتاج الجسم إلى خلايا جديدة. يحدث هذا من أجل حساب معدل دوران الخلايا الطبيعي ونموها وأيضًا لإصلاح الأنسجة بعد الإصابة أو المرض.

وجد العلماء خلايا جذعية بالغة في مجموعة متنوعة من الأعضاء والأنسجة ، مثل:

• الأوعية الدموية.
• نخاع العظم.
• مخ.
• القناة الهضمية.
• قلب.
• الكبد.
• المبايض.
• الدم المحيطي.
• الهيكل العظمي والعضلات.
• أسنان.
• الخصيتين.

توجد الخلايا الجذعية البالغة بشكل عام في مناطق معينة تسمى منافذ الخلايا الجذعية. على عكس الخلايا الجذعية الجنينية ، التي يمكن أن تتمايز إلى أي نوع من الخلايا على الإطلاق ، فإن تمايز الخلايا الجذعية البالغة محدود ومخصص للأنسجة. وهذا يعني أن الخلايا الجذعية البالغة عادة ما تتمايز إلى أنواع الخلايا المرتبطة بالأنسجة التي تتواجد فيها.

على سبيل المثال ، الخلايا الجذعية البالغة في الدماغ ستصبح فقط خلايا عصبية أو خلايا دماغية غير عصبية. فيما يلي بعض الخلايا الجذعية الأخرى المعروفة وأنواع الخلايا المتخصصة:

• الخلايا الجذعية المكونة للدم توجد في نخاع العظام وتنتج خلايا الدم ، بما في ذلك خلايا الدم الحمراء وخلايا الجهاز المناعي.
• الخلايا الجذعية الوسيطة توجد في نخاع العظام (وبعض الأنسجة الأخرى) وتنتج خلايا العظام وخلايا الغضاريف والخلايا الدهنية والخلايا اللحمية.
• الخلايا الجذعية الظهارية تم العثور عليها في عمق بطانة القناة الهضمية وتؤدي إلى ماص الخلايا كأس الخلايا الغدد الصماء المعوية الخلايا و بانيث الخلايا.
• خلايا الجلد الجذعية توجد في الطبقة القاعدية من الجلد وينتج عنها الخلايا الكيراتينية التي تشكل طبقة واقية على سطح الجلد.

لاحظ العلماء في التجارب أن بعض الخلايا الجذعية البالغة تمايزت إلى خلايا متخصصة بخلاف نوع الخلية المتوقع ، والذي يشبه تعدد القدرات القيمة للخلايا الجذعية الجنينية. ومع ذلك، هذا التحويل نادر الحدوث ويؤثر فقط على جزء صغير من الخلايا الجذعية عند حدوثه. الباحثون غير متأكدين مما إذا كان يحدث على الإطلاق عند البشر.

للخلايا الجذعية البالغة بعض العيوب بالنسبة للعلماء. إنها نادرة ويصعب نموها في المختبر. لديهم أيضًا قيود على مقدار ما يمكن أن ينقسموا وأنواع الخلايا التي يمكن أن تصبح. ومع ذلك ، تتمتع الخلايا الجذعية البالغة بميزة واحدة مميزة: وهي على الأرجح أقل احتمالية لتحفيزها الرفض المناعي لأنه يمكن حصادها من جسد المريض.

في عام 2006 ، اكتشف الباحثون نوعًا آخر من الخلايا الجذعية: تتضمن الخلايا الجذعية المحفزةأو iPSCs. هذه خلايا جذعية بالغة أعاد العلماء برمجتها لتعمل مثل الخلايا الجذعية الجنينية. ومع ذلك ، لم يتضح بعد ما إذا كانت هناك اختلافات سريرية ذات مغزى بين الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات والخلايا الجذعية الجنينية. يستخدم العلماء بالفعل iPSCs في أعمال مهمة ، مثل تطوير الأدوية ونمذجة الأمراض البشرية لأغراض البحث.

هناك عقبات تقنية يجب التغلب عليها قبل أن يتمكن الباحثون من استخدام هذه الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات لمزيد من التطبيقات المباشرة. بالإضافة إلى التأكيد على أن هذه الخلايا الجذعية لا تختلف اختلافًا جوهريًا عن الجذع الجنيني الخلايا ، يجب على الباحثين ابتكار تقنيات جديدة لصنع خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات في البداية مكان. تستخدم الطريقة الحالية الفيروسات كوسيلة لإعادة البرمجة ، والتي أظهرت آثارًا جانبية خطيرة ، مثل السرطان ، في الدراسات التي أجريت على الحيوانات.

بالإضافة إلى فحص الأدوية الجديدة لصناعة الأدوية والعمل كنماذج للأمراض للمشاريع البحثية ، يعتقد العلماء أن الخلايا الجذعية قد تصنع جديدة (ومثيرة) العلاجات القائمة على الخلايا ممكن. هذا يعني أن المختبرات قد تزرع يومًا ما أعضاء وأنسجة جديدة للأشخاص الذين يحتاجون إلى عمليات زرع بدلاً من الاعتماد على المتبرعين بالأعضاء والأنسجة.

قد يبدو هذا مثل العلماء الذين يستخدمون الخلايا الجذعية لصنع خلايا عضلة القلب يمكنهم زرعها في الأشخاص المصابين بأمراض القلب المزمنة. تشير الدراسات الحالية على الحيوانات إلى أن الخلايا الجذعية اللحمية من نخاع العظم تبشر بالخير لهذا التطبيق ، على الرغم من أن الآلية الدقيقة لا تزال غير واضحة. العلماء غير متأكدين مما إذا كانت الخلايا الجذعية تنتج خلايا عضلية قلبية جديدة أو خلايا أوعية دموية جديدة - أو ما إذا كانت تفعل شيئًا آخر تمامًا.

مثال نظري آخر هو مرض السكري من النوع الأول. يأمل العلماء في تفريق الخلايا الجذعية الجنينية البشرية إلى الخلايا التي تنتج الأنسولين. تعمل أجهزة المناعة لدى مرضى السكري على تعطيل هذه الخلايا وتمنعهم من القيام بوظائفهم. يتساءل العلماء عما إذا كان بإمكانهم يومًا ما تفريق الخلايا الجذعية إلى خلايا منتجة للأنسولين وزرعها في المرضى.

بالإضافة إلى أمراض القلب والسكري ، يعتقد العلماء أن الأمراض والظروف البشرية الأخرى يمكن أن تؤثر على نطاق واسع وتشمل:

• الحروق.
• التنكس البقعي ، والذي يمكن أن يسبب فقدان البصر.
• هشاشة العظام والتهاب المفاصل الروماتويدي.
• إصابة الحبل الشوكي ، والتي يمكن أن تسبب الخدر أو فقدان الوظيفة أو الشلل.
• ضربة.

بالطبع ، إن تقديم هذه العلاجات الجديدة للمرضى الفعليين سيتطلب من العلماء إتقان كل خطوة في هذه العملية النظرية. هذا يعني أنهم بحاجة إلى:

• تنمو ما يكفي من الخلايا الجذعية لبناء الأنسجة أو العضو جسديًا.
• تحفيز الخلايا الجذعية على التمايز إلى النوع الصحيح من الخلايا.
• تأكد من أن الخلايا الجذعية المتمايزة يمكنها البقاء على قيد الحياة داخل جسم المريض.
• تأكد من تكامل الخلايا الجذعية المتمايزة بشكل صحيح في الأنسجة المتلقية داخل جسم المريض.
• توقع بشكل معقول أن يقوم النسيج أو العضو الجديد بالمهمة التي تم إنشاؤها من أجلها على مدار حياة المريض بأكملها.
• تأكد من أن الخلايا الجديدة لا تسبب أي ضرر جانبي للمريض ، مثل السرطان.

من خلال تعريف الخلايا الجذعية ، تبدو هذه الخطوات قابلة للتحقيق باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية ولكنها تتطلب سنوات عديدة من البحث الجاد على جبهات متعددة. هذا هو السبب في أن أبحاث الخلايا الجذعية تعتبر مجالًا نشطًا في العلوم المهنية - وأيضًا سبب احتلالها الأولوية للعديد من معلمي وطلاب العلوم.

في حين أن النتيجة النهائية لأبحاث الخلايا الجذعية قد لا تزال على الطريق ، مما يزيد من الفهم العام من بنية الخلايا الجذعية وكيفية عمل تمايز الخلايا الجذعية هي طريقة رائعة لتكون جزءًا من هذا الناشئة علم.