تويت
خلال سنوات قام مختبر مايكل ليفن (Michael Levin) في جامعة تافتس (Tufts University) الواقعة في مدينة مدفورد في ولاية ماساتشوستس في الولايات المتحدة بتصميم تشكيلة من الحيوانات المشوهة. تضمنت هذه التشوهات دودة مسطحة لديها أربع رؤوس وضفدع بستة أقدام، إضافة إلى شرغوف لديه عين ثالثة فعّالة على ذيله. ولكن الشيء الأكثر إثارة للدهشة في حديقة الحيوان الغريبة هذه أن علماء الأحياء قاموا بتصميم العديد من هذه الحيوانات اعتمادًا على تغيير التّدرجات الكهربائية (electrical gradients)، التي تستخدمها الخلايا للاتصال مع بعضها البعض، وليس عن طريق خلق الطفرات في جينوم هذه الحيوانات.
سلّط المختبر الضوء في عرضه الأخير على العضو الأكثر تعقيدًا والأكثر فعاليّة كهربائّيا في جسم الإنسان: الدماغ.
في العمل الذي نشر في 11 آذار في مجلة علم الأعصاب the Journal of Neuroscience، أظهر ليفن وزملاؤه أن تطوّر الدّماغ عند أجنّة الضّفادع يمكن أن يُشكَّل بتغيّر تدرّج الفولتاج (voltage gradients) عبر أغشية الخلايا. هذه الإشارات الكهربيولوجية تخلق وسيلة للتواصل تسمح للخلايا أن تنسّق جهودها مع الخلايا المجاورة. بتنظيم تدرّجات الفولتاج هذه أصبح بإمكان الباحثين تنبيه نمو أنسجة دماغ إضافية وحتّى تعويض العيوب الدّماغية التي تسببها الطفرات الوراثية.
هذه النتائج على أجنّة الضفادع تبقى بعيدة حاليا عن التّطبيق السّريري، الا انها تقترح على المدى الطّويل أن التنظيم الكهروبيولوجي للدماغ يمكن أن يضع حدًّا للأذيات والعيوب الولادية التي تقلّل من كمية الأنسجة الدماغيّة الفعّالة. “بشكل أساسي سيكون مفيدًا في كل مرّة نحتاج فيها نسيج دماغ إضافي” يقول “ليفن”.
“ليفن” مندهش بكون الكهرباء الحيوية تؤمن طريق للتواصل على مسافات بعيدة نسبيًا بين الخلايا. يقوم فريقه بتنظيم تدرّج الفولتاج من خلال إضافة أو حذف قنوات للشوارد (ion channels) في أغشية الخلايا والتي تقوم بقذف الشوارد (ions) لداخل الخلية أو لخارجها. أدّى تغيّر التّدرج في الفولتاج خارج الدماغ إلى تكاثر الخلايا العصبية في الأنبوب العصبي للجنين وهو ما اسفر عن نموّ الدّماغ والنّخاع الشّوكي عند الضّفدع.
هذا النوع من الاتّصال عن بعد أساسيّ لتصميم جسد متناسق. يقول ليفن: ” ليس من الجيّد الحصول على دماغ ضخم وكبير إذا لم تواكبه الأعضاء الأخرى”.
مين تشاو Min Zhao، الذي درس كيفية تستخدام الخلايا للكهرباء الحيوية أثناء التئام الجروح في جامعة كاليفورنيا، يدعو هذا العمل بالجميل، وهو لاحظ أن دراسة الكهرباء الحيوية وتأثيرها على تطور الأعضاء كان شائعًا في بدايات القرن العشرين ولكنّه فقد أهميّته عندما أدرك العلماء أن ال DNA قابل للتوريث واندفعوا نحو دراسة الوراثة. “يبدو أن الكهرباء الحيوية ستعود من جديد” يقول تشاو مشيرًا إلى استثمار مؤسسة الصحّة الوطنية في الولايات المتحدة لدراسة العوامل الفيزيوحيوية التي ترشد سلوك الخلايا خاصة في السرطان.
أعلن مؤخرًا عملاق الصيدلة في لندن GlaxoSmithKline أنّه سيتم إطلاق برنامج لاستكشاف electroceuticals (المعالجة بالتحريض الكهربائي) وهو منهج يستخدم الإشارات الكهربائية لتحسين الصحّة. هكذا برامج تركّز على استخدام الكهرباء لتغيير نشاط الأعصاب وليس تطوير أنماط أخرى من الخلايا والأعضاء.
“هذا المنهج لايزال يلاقي بعض الشكوك”، يقول تشاو. بالرغم من أن مختبر ليفن حدّد بعض الخطوات الجزيئية بين الإشارات الكهربائية والسلوك الخلوي، يظن تشاو أنه يجب على الباحثين في هذا المجال أن يملؤوا تفاصيل أكثر وبشكل سريع لبناء المصداقية والمحافظة على نهضة الكهرباء الحيوية. “هذا لغز لم يتم حلّه حتّى الآن”، يضيف “تشاو”.
سلّط المختبر الضوء في عرضه الأخير على العضو الأكثر تعقيدًا والأكثر فعاليّة كهربائّيا في جسم الإنسان: الدماغ.
في العمل الذي نشر في 11 آذار في مجلة علم الأعصاب the Journal of Neuroscience، أظهر ليفن وزملاؤه أن تطوّر الدّماغ عند أجنّة الضّفادع يمكن أن يُشكَّل بتغيّر تدرّج الفولتاج (voltage gradients) عبر أغشية الخلايا. هذه الإشارات الكهربيولوجية تخلق وسيلة للتواصل تسمح للخلايا أن تنسّق جهودها مع الخلايا المجاورة. بتنظيم تدرّجات الفولتاج هذه أصبح بإمكان الباحثين تنبيه نمو أنسجة دماغ إضافية وحتّى تعويض العيوب الدّماغية التي تسببها الطفرات الوراثية.
هذه النتائج على أجنّة الضفادع تبقى بعيدة حاليا عن التّطبيق السّريري، الا انها تقترح على المدى الطّويل أن التنظيم الكهروبيولوجي للدماغ يمكن أن يضع حدًّا للأذيات والعيوب الولادية التي تقلّل من كمية الأنسجة الدماغيّة الفعّالة. “بشكل أساسي سيكون مفيدًا في كل مرّة نحتاج فيها نسيج دماغ إضافي” يقول “ليفن”.
“ليفن” مندهش بكون الكهرباء الحيوية تؤمن طريق للتواصل على مسافات بعيدة نسبيًا بين الخلايا. يقوم فريقه بتنظيم تدرّج الفولتاج من خلال إضافة أو حذف قنوات للشوارد (ion channels) في أغشية الخلايا والتي تقوم بقذف الشوارد (ions) لداخل الخلية أو لخارجها. أدّى تغيّر التّدرج في الفولتاج خارج الدماغ إلى تكاثر الخلايا العصبية في الأنبوب العصبي للجنين وهو ما اسفر عن نموّ الدّماغ والنّخاع الشّوكي عند الضّفدع.
هذا النوع من الاتّصال عن بعد أساسيّ لتصميم جسد متناسق. يقول ليفن: ” ليس من الجيّد الحصول على دماغ ضخم وكبير إذا لم تواكبه الأعضاء الأخرى”.
مين تشاو Min Zhao، الذي درس كيفية تستخدام الخلايا للكهرباء الحيوية أثناء التئام الجروح في جامعة كاليفورنيا، يدعو هذا العمل بالجميل، وهو لاحظ أن دراسة الكهرباء الحيوية وتأثيرها على تطور الأعضاء كان شائعًا في بدايات القرن العشرين ولكنّه فقد أهميّته عندما أدرك العلماء أن ال DNA قابل للتوريث واندفعوا نحو دراسة الوراثة. “يبدو أن الكهرباء الحيوية ستعود من جديد” يقول تشاو مشيرًا إلى استثمار مؤسسة الصحّة الوطنية في الولايات المتحدة لدراسة العوامل الفيزيوحيوية التي ترشد سلوك الخلايا خاصة في السرطان.
أعلن مؤخرًا عملاق الصيدلة في لندن GlaxoSmithKline أنّه سيتم إطلاق برنامج لاستكشاف electroceuticals (المعالجة بالتحريض الكهربائي) وهو منهج يستخدم الإشارات الكهربائية لتحسين الصحّة. هكذا برامج تركّز على استخدام الكهرباء لتغيير نشاط الأعصاب وليس تطوير أنماط أخرى من الخلايا والأعضاء.
“هذا المنهج لايزال يلاقي بعض الشكوك”، يقول تشاو. بالرغم من أن مختبر ليفن حدّد بعض الخطوات الجزيئية بين الإشارات الكهربائية والسلوك الخلوي، يظن تشاو أنه يجب على الباحثين في هذا المجال أن يملؤوا تفاصيل أكثر وبشكل سريع لبناء المصداقية والمحافظة على نهضة الكهرباء الحيوية. “هذا لغز لم يتم حلّه حتّى الآن”، يضيف “تشاو”.