ماذا لو كان بإمكانك إرجاع عمر بشرتك 30 عامًا إلى الوراء؟
هذا السؤال، الذي كان سيبدو وكأنه خيال علمي قبل بضع سنوات فقط، تتم معالجته الآن من قبل فريق بحثي عالمي المستوى
نحن نقترب خطوة أخرى من الواقع.
سنتناول اليوم تقنية إعادة برمجة الخلايا، التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام في مجال التكنولوجيا الحيوية، و فريق بحثي من جامعة كامبريدجسأشرح بالتفصيل هذا الإنجاز المذهل خطوة بخطوة.
لماذا تشيخ خلايا أجسامنا؟
عند الولادة، لم تكن خلايا أجسامنا قد قررت بعد الدور الذي ستلعبه. حالة الخلايا الجذعيةلا أرى.
مع مرور الوقت هذه الخلاياكل جزء، مثل الجلد والعظم والكبد يتم التمييز بينها حسب الدوروبمجرد تمايز الخلية، تعود إلى حالتها الأصلية.
إن حقيقة عدم إمكانية العودة إلى حالة معينة هي تاريخ طويل في علم الأحياء.
كان ذلك بديهياً.
وتفقد الخلايا المتمايزة وظيفتها بمرور الوقت، و القدرة التجديديةبواسطة أنا أفقد صوابي. هذا ما نختبره الواقع الخلوي للشيخوخةلا أرى.
الاكتشاف الذي غيّر كل شيء، عامل ياماناكا
في عام 2006، حقق البروفيسور الياباني شينيا ياماناكا اكتشافاً أعاد كتابة كتب علم الأحياء.
أربعة بروتينات محددة، Oct4·Sox2·Klf4·c-Mycعند حقنها في الخلايا البالغة، تعود الساعة البيولوجية للخلية إلى حالة أولية حيث يمكنها التحول إلى أي نوع من الخلايا.
بعبارة أخرى الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs)تم اكتشاف أنه يعود إلى.
هذه البروتينات الأربعة هي لاحقة عامل ياماناكاوقد أطلق عليه هذا الاسم، وفاز هذا البحث بجائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء لعام 2012.
لكن في هذه التقنية القيود القاتلةكان هناك بالفعل. إذا تعرضت الخلايا لعامل ياماناكا لفترة طويلة جدًا، لمدة 50 يومًا أو أكثر، فإنها تفقد هويتها الأصلية تمامًا. خارج عن السيطرةيصبح الخلايا السرطانيةكان هناك خطر كبير جداً من تحوله إلى.
لقد كانت مفارقة حيث أن محاولة إعادة عقارب الساعة إلى الوراء في الخلية انتهت في الواقع بإتلاف الخلية نفسها.
ابتكار فريق بحثي من جامعة كامبريدج، تم إنجازه في 12 يومًا
حسنا
قام باحثون في معهد باربراهام في كامبريدج بالمملكة المتحدة بتطوير نهج جديد تمامًا للتغلب على هذا القيد.
لقد جربت هذه الطريقة.
كانت الفكرة الأساسية بسيطة ولكنها ثورية. قبل إعادة الخلية بالكامل إلى خلية جذعية، بالضبط إيقاف العملية في اليوم الثاني عشركان.
قام فريق البحث بربط عامل ياماناكا بالخلايا الليفية، وهي خلايا الجلد الخاصة بمشارك في التجربة يبلغ من العمر 53 عامًا. التعرض لمدة 12 يومًا فقطلقد طلبت ذلك.
إنها مدة أقصر بكثير مقارنةً بالمدة الحالية البالغة 50 يومًا. وكانت النتائج مفاجئة. الخلية، "أنا خلية جلدية" الأصلية مع الحفاظ على هويتها ووظيفتها، العمر البيولوجي المرتبط بالشيخوخة هو فقط الدقيق إعادة ضبط الحالة إلى عمر 23 عامًا، قبل 30 عامًالقد تم ذلك. استخدم فريق البحث هذه الطريقة إعادة التمايز العابر في مرحلة النضج (MPRN)وقد سُمّي بهذا الاسم.
هل أصبحت أصغر سناً حقاً؟ ثلاثة أدلة
الأمر لا يقتصر فقط على أنه بدا شاباً للعين.
وظائف الخلايا والمؤشرات البيوكيميائية حقيقة أنه عاد بالفعل إلى مستوى شاب يبلغ من العمر 20 عامًاوقد ثبت ذلك بهذه الطرق الثلاث.
أولاًومن استعادة الساعة اللاجينيةمع تقدمنا في العمر، تتراكم آثار كيميائية، أو أنماط مثيلة، على سطح الحمض النووي. يسمح لنا تحليل هذه الآثار بقياس العمر البيولوجي للخلية، كما أن أنماط مثيلة الخلايا التي خضعت لعملية إعادة التمايز هي تم تغييرها إلى حالة أصغر بثلاثين عاماً بالضبطتم تأكيد ذلك.
ثانيةومن إحياء قدرة إنتاج الكولاجيناستعادت الخلايا الليفية، التي تلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على مرونة الجلد، مهمتها الأصلية، حيث تنتج كمية أكبر بكثير مما كانت تنتجه عندما كانت خلايا في الخمسينيات من عمرها. ابدأ بإنتاج الكولاجينإنه تغيير يؤثر بشكل مباشر على مرونة الجلد وتجديده.
ثالثومن تحسين سرعة التئام الجروحنتيجة لمراقبة سرعة التعافي بعد إحداث جروح اصطناعية في الخلايا، أظهرت الخلايا المتجددة التي خضعت لعملية إعادة التمايز القدرة على الهجرة إلى موقع الجرح وملء الجلد بشكل أسرع بكثير من الخلايا المتقدمة في السن.
المعنى الحقيقي لهذه التقنية
إن السبب وراء حصول هذا البحث على اهتمام كبير في الأوساط العلمية هو أنه يتجاوز بكثير مجرد شد الجلد.
بأمان والساعة البيولوجية البشرية مبدأ الانعكاسية الانتقائيةلأول مرة دليليختلف المعنى في كونه قد تم فعله.
إذا تطورت تقنية إزالة التمايز في هذا المجال، فسيتمكن مرضى الحروق من الحصول على نتائج أفضل. زيادة سرعة تجديد الجلد بشكل كبيربالطبع، يتجاوز الأمر مجرد الجلد الطب التجديدي المضاد للشيخوخة الذي يعيد أنسجة الجسم، بما في ذلك القلب والكبد والخلايا العصبية، إلى حالة الشباب بعد أن تراجعت وظائفها بسبب الشيخوخة.من المتوقع أن يكون هذا هو المفتاح لفتح عصر جديد.
إذا استطعنا التحكم بشكل انتقائي في عمر كل خلية على حدة، فهذا يعني أن العصر الذي يُنظر فيه إلى الشيخوخة نفسها على أنها مرض قابل للعلاج ليس ببعيد.
أسئلة وأجوبة متعلقة بهذه الدراسة
س1. هل وصلت تقنية إزالة التمايز الجزئي حاليًا إلى مرحلة يمكن فيها تطبيقها عمليًا على البشر؟
أ. ليس هذا هو الحال بعد. أُجري البحث في معهد باربرا أبراهامز بجامعة كامبريدج في بيئة زراعة خلايا مخبرية، أي على مستوى أنبوب الاختبار. استُخلصت الخلايا من جلد مشارك يبلغ من العمر 53 عامًا، ثم أُزيلت تمايزها في طبق زراعة؛ وهذا لا يعني حقن عامل ياماناكا مباشرةً في جلد شخص حي لجعله أصغر سنًا. لكي تُطبَّق تقنيةٌ ناجحةٌ على المستوى الخلوي في المختبر على جسم الإنسان، يجب أن تمر بعملية طويلة تشمل التجارب على الحيوانات، والتحقق من السمية، وتجارب سريرية واسعة النطاق. في حين أن بعض شركات التكنولوجيا الحيوية تُجري حاليًا أبحاثًا حول التطبيق الحيوي لتقنية إزالة التمايز الجزئي باستخدام عامل ياماناكا، يتوقع المجتمع العلمي أن الأمر سيستغرق 10 سنوات على الأقل للتحقق بشكل كافٍ من سلامتها وفعاليتها. من الأدق فهم هذا ليس كإجراء متاح في العيادات الآن، بل كتقنية أساسية ستغير مسار الطب في المستقبل.
س2. ذُكر أن حقن عامل ياماناكا يمكن أن يسبب السرطان؛ هل التمايز الجزئي آمن حقًا؟
أ. كان الخطر الأكبر لتقنية إزالة التمايز هو أن الخلايا، عند عودتها إلى حالة الخلية الجذعية المتطورة بالكامل، تفقد هويتها الأصلية وتصبح خارجة عن السيطرة. وإذا استمرت هذه الحالة، يرتفع خطر تكوّن أورام سرطانية تُعرف بالأورام المسخية. وقد تعامل فريق بحث كامبريدج مع هذا الخطر بطريقة مختلفة جذريًا من خلال تقنية إزالة التمايز الجزئية. فمن خلال تحديد فترة التعرض لعامل ياماناكا بـ 12 يومًا، تتوقف العملية عند المرحلة التي تسبق مباشرةً تحوّل الخلايا إلى خلايا جذعية متطورة بالكامل. وأظهرت النتائج التجريبية أنه عند هذه النقطة، احتفظت الخلايا بوظائفها الأصلية، بينما أُعيد ضبط عمرها البيولوجي فقط، ولم يُلاحظ أي تعبير جيني يحفز التحوّل إلى خلايا سرطانية. ومع ذلك، لا يضمن هذا سلامة كاملة. فنظرًا لاختلاف الخلايا في طبق الزراعة اختلافًا تامًا عن البيئة البشرية المعقدة، لم تُجرَ بعدُ دراسات كافية للتحقق مما إذا كانت النتائج نفسها ستظهر في الأنسجة الحية، أو ما إذا كانت هناك أي آثار جانبية طويلة الأمد. ويُعدّ ضمان السلامة التحدي الأهم الذي يجب التغلب عليه لتسويق هذه التقنية.
س3. ما هي الساعة اللاجينية بالضبط، وكيف يمكن قياس عمر الخلايا؟
أ. الساعة فوق الجينية هي طريقة لتقدير العمر البيولوجي للخلية من خلال تحليل التعديلات الكيميائية المرتبطة بسطح الحمض النووي - وتحديدًا أنماط المثيلة - بدلاً من تسلسل قواعد الحمض النووي نفسه. مع تقدمنا في العمر، تُشكّل مواد كيميائية تُسمى مجموعات الميثيل أنماطًا من الارتباط المنتظم بمناطق جينية محددة أو الانفصال عنها، وتُظهر هذه الأنماط ارتباطًا وثيقًا بالعمر الفعلي. في عام 2013، طوّر البروفيسور ستيف هورفاث من الولايات المتحدة خوارزمية تُحلل أنماط المثيلة هذه للتنبؤ بالعمر البيولوجي للخلية بهامش خطأ لا يتجاوز 3.6 سنوات، وتُعد هذه الساعة فوق الجينية الأكثر استخدامًا حاليًا. من المهم ملاحظة أن هذه الساعة لا تتطابق بالضرورة مع العمر الزمني. حتى بالنسبة للعمر نفسه، قد يبدو العمر فوق الجيني أكبر أو أصغر اعتمادًا على نمط الحياة والتوتر والعوامل البيئية. قام فريق بحثي في جامعة كامبريدج بتحليل أنماط المثيلة لخلايا خضعت لعملية إعادة التمايز باستخدام هذه الخوارزمية، وأكدوا بشكل موضوعي أن عمرها البيولوجي أصبح أصغر بثلاثين عامًا. تُعتبر الساعة اللاجينية حاليًا الأداة الأكثر موثوقية لقياس العمر البيولوجي في أبحاث الشيخوخة.
س4. هل يمكن استخدام هذه التقنية لعلاج أمراض أخرى غير الأمراض الجلدية؟
أ. تكمن الإمكانات الهائلة لتقنية إزالة التمايز الجزئي في إمكانية عكس شيخوخة أنسجة الجسم بأكملها، متجاوزةً مجرد تجديد الجلد. ويركز المجتمع العلمي حاليًا على أربعة مجالات تطبيق رئيسية. أولها أمراض القلب، حيث تتمتع خلايا القلب المتضررة بعد احتشاء عضلة القلب بقدرات محدودة للغاية على التجدد الذاتي، وتُجرى أبحاث لاستعادة هذه القدرات التجديدية من خلال إزالة التمايز الجزئي. ثانيها الأمراض التنكسية العصبية، حيث تُجرى أبحاث لتطبيق تقنية إزالة التمايز لتجديد الخلايا العصبية في أمراض مثل الزهايمر وباركنسون، والتي تحدث نتيجة فقدان الخلايا العصبية المتقدمة في السن لوظائفها. ثالثها أمراض العيون، حيث تُجرى أبحاث مكثفة لتطبيق إزالة التمايز الجزئي على أمراض فقدان البصر الناتجة عن شيخوخة خلايا الشبكية، مثل التنكس البقعي. رابعها شيخوخة الجهاز العضلي الهيكلي، حيث تُجرى أبحاث أيضًا لعلاج ضمور العضلات المرتبط بالعمر وأمراض المفاصل عن طريق تجديد خلايا العضلات والغضاريف، التي تتراجع قدرتها على التجدد مع التقدم في السن. تضخ الصناعات الدوائية والتقنية الحيوية العالمية استثمارات ضخمة في هذا المجال، حيث أن عكس الشيخوخة على المستوى الخلوي يمكن أن يؤدي إلى تحول جذري في الطب يتجاوز علاج أمراض معينة إلى الوقاية من الشيخوخة وإدارتها.
س5. هل توجد حاليًا أي إجراءات أو علاجات تستخدم مبادئ مشابهة لتقنية إزالة التمايز؟
أ. على الرغم من أن التطبيق السريري الكامل لتقنية الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (iPSC) لم يتحقق بعد، إلا أن الأبحاث التي تستخدم مبادئ مماثلة وتطبيقات سريرية في مراحلها المبكرة جارية بالفعل. وأقرب مثال على ذلك هو العلاج القائم على الخلايا الجذعية. تتضمن هذه الطريقة استخدام عامل ياماناكا لتحويل خلايا المريض نفسه إلى خلايا جذعية محفزة متعددة القدرات، وتمايزها إلى أنواع الخلايا المطلوبة، ثم زرعها؛ وقد أُجريت تجارب سريرية لعلاج أمراض الشبكية ومرض باركنسون في اليابان. علاوة على ذلك، يمكن اعتبار مجال الطب التجديدي الذي يستخدم ألياف الخلايا الوعائية (SVF)، أو مكونات الخلايا المشتقة من الأنسجة الدهنية، متبعًا للنهج نفسه. وذلك لأن مكونات الخلايا الجذعية المختلفة الموجودة في ألياف الخلايا الوعائية تعمل على تحسين بيئة تجديد الأنسجة وتعزيز نشاط الخلايا. ويتماشى الطب التجديدي القائم على ألياف الخلايا الوعائية، والذي بحثته شركة SC301 لأكثر من 18 عامًا، مع هذا التوجه من حيث أنه يحسن بيئة الأنسجة من خلال الاستفادة من القدرات التجديدية للخلايا. بالنظر إلى المسيرة الطويلة نحو تسويق تقنية الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (iPSC) بالكامل، يمكن اعتبار التقنيات التجديدية القائمة على الخلايا، مثل SVF، بديلاً واقعياً لسد الفجوة. وبينما يُعدّ إكمال تقنية iPSC أمراً مستقبلياً، فإنّ الجهود الطبية المبذولة لتحسين بيئة التجديد باستخدام الخلايا جارية بالفعل.
