تويت
يمكن للبحث الجديد الصادر عن كلية مدرسة فيتربي للهندسة USC Viterbi أن يكون مفتاحًا لفهمنا كيف تحدث شيخوخة الخلايا. يمكن لنتائج البحث أن تمهد الطريق نحو علاج أفضل للسرطان وعقارات دوائية ثورية قد تطور صحة الإنسان بشكل واسع في السنوات القريبة. نشر العمل مؤخرًا في مجلة الكيمياء البيولوجية Journal of Biological Chemistry البروفيسور المساعد في الكيمياء الهندسية وعلم المواد نيك غراهام وفريقه بالتعاون مع البروفيسور عميد كلية العلوم البيولوجية والهندسة الطبية البيولوجية سكوت فرازر، إضافةً لدارسي الماجستير في الهندسة بين وانغ وزوهراب أ. كابريليان.
يقول غراهام: «لتشرب من ينبوع الشباب، يجب عليك أن تعرف ماهية ينبوع الشباب وأن تفهم ماذا يفعل ينبوع الشباب. لنفهم هذا نقوم بالعكس، فنحاول أن ندرس أسباب شيخوخة الخلايا ؛ لنكون قادرين على تصميم معالجة لتقدمٍ عمريٍّ أفضل».
ما الذي يسبب شيخوخة الخلايا ؟
لتحقيق ذلك، ركز المؤلف الأساسي علي رضا ديلفرح، طالب متخرج من مختبر غراهام، على عملية التقدم بالسن، وهي العملية الطبيعية التي تتوقف فيها الخلايا عن إنتاج خلايا جديدة نهائيًا. إذ تُعد هذه العملية من الأسباب الأساسية وراء التدهور المرتبط بالعمر الظاهر بأمراض كالتهاب المفاصل وهشاشة العظام وأمراض القلب.
يقول ديلفرح: «تُعد الخلايا الشائخة بالضرورة عكس الخلايا الجذعية التي بدورها تملك قدرة لا محدودة لتجديد الذات أو الانقسام. لا تستطيع الخلايا الشائخة الانقسام مجددًا؛ فالشيخوخة حصار غير قابل للعكس في دورة الخلية».
اكتشف الفريق الباحث أن الخلايا الشائخة المتقدمة بالعمر توقفت عن إنتاج نمط من المواد الكيميائية تُدعى النوكليوتيدات التي تمثل وحدات البناء في الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA. فعندما أخذ خلايا يافعة وأجبرها على التوقف عن إنتاج النوكليوتيدات أصبحت شائخةً أو مسنة.
يقول ديلفرح: «يعني هذا أن إنتاج النوكليوتيدات جوهري للحفاظ على الخلايا يافعة. كما يعني هذا أننا إذا منعنا فقد الخلايا لتصنيع النوكليوتيدات، نستطيع إبطاء تقدم الخلية بالعمر».
فحص فريق غراهام خلايا يافعة كانت تتكاثر بشكل نشيط مع إطعامها جزيئات موسومة بنظائر كربونية؛ لمراقبة كيف عالجت الخلية المغذيات المستهلكة لسبل استقلابية مختلفة.
عمل سكوت فرازر ومخبره مع فريق البحث لتطوير تصوير ثلاثي الأبعاد للنتائج. أظهرت الصور بشكل غير متوقع أن الخلايا الشائخة غالبًا تملك نواتين، ولا تصنع الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين.
قبل هذه اللحظة، دُرست الخلايا الشائخة بشكل أساسي في الخلايا المعروفة بالخلية الليفية اليافعة Fibroblast (أكثر الخلايا شيوعًا والموجودة في النسيج الضام لدى الحيوانات). ركز فريق غراهام بشكل بديل على كيفية حدوث شيخوخة الخلايا في الخلايا الطلائية (الخلايا التي تبطن أسطح الأعضاء والبنى في الجسم والخلايا الأكثر تسببًا بحدوث السرطان).
يعرّف غراهام الشيخوخة -كما هو معلوم على مدى واسع النطاق- على أنها الحاجز الوقائي ضد السرطان. فعند تعرض الخلية لضرر يؤدي لحدوث خطر تطور إلى سرطان، تدخل الخلية مرحلة الشيخوخة وتتوقف عن التكاثر كي لا يتسنى للسرطان النمو والتطور.
يقول غراهام: «يتحدث الناس عن الشيخوخة كسيف ذي حدين، إذ إنها تحمي من السرطان وهذا شيء جيد. ولكنها تحرض على التقدم بالعمر والأمراض كداء السكري وخلل الوظيفة القلبية وتصلب الشرايين العصيدي والخلل بالنسج بشكل عام».
يشير غراهام إلى أنه لا يهدف إلى المنع التام لعملية الشيخوخة؛ لأن ذلك قد يطلق العنان للخلايا السرطانية. «في الجانب الآخر، نتمنى أن نجد طريقة لإزالة الخلايا الشائخة لتعزيز تقدم صحي للعمر بوظيفة أفضل».
يقول غراهام إن فريق البحث لديه تطبيقات في مجال السينولايتك (محلل الشيخوخة) الناشئ لتطوير العقارات القادرة على إزالة الخلايا الشائخة.
ما تزال التجارب السريرية البشرية في مراحلها المبكرة، ولكن في دراسات لفئران أزيلت منها الخلايا الشائخة، تقدمت الفئران بالعمر بشكل أفضل مع دورة حياة منتجة بشكل أفضل.
يقول غراهام: «يمكنهم أخذ فأر يتقدم بالعمر مع تدهور بالوظيفة، ثم معالجته بأدوية محلل الشيخوخة (مزيلة للخلايا الشائخة) فيستعيد الفأر شبابه. إذا لم يكن هناك آثار جانبية، يمكن اعتبار هذه الأدوية ينبوع الشباب».
يضيف غراهام أنه لتصميم أدوية محللة للشيخوخة ناجحة، كان من المهم تحديد السمة المميزة للخلايا الجذعية، حتى لا تؤثر العقارات على الخلايا الطبيعية غير الشائخة.
يختم غراهام قائلًا: «هذا ما أردنا فعله: دراسة استقلاب الخلايا ومحاولة تحديد المميز في الخلايا الشائخة؛ حتى يتسنى لنا تصميم معالجات مستهدفة لسبل الاستقلاب هذه».
يقول غراهام: «لتشرب من ينبوع الشباب، يجب عليك أن تعرف ماهية ينبوع الشباب وأن تفهم ماذا يفعل ينبوع الشباب. لنفهم هذا نقوم بالعكس، فنحاول أن ندرس أسباب شيخوخة الخلايا ؛ لنكون قادرين على تصميم معالجة لتقدمٍ عمريٍّ أفضل».
ما الذي يسبب شيخوخة الخلايا ؟
لتحقيق ذلك، ركز المؤلف الأساسي علي رضا ديلفرح، طالب متخرج من مختبر غراهام، على عملية التقدم بالسن، وهي العملية الطبيعية التي تتوقف فيها الخلايا عن إنتاج خلايا جديدة نهائيًا. إذ تُعد هذه العملية من الأسباب الأساسية وراء التدهور المرتبط بالعمر الظاهر بأمراض كالتهاب المفاصل وهشاشة العظام وأمراض القلب.
يقول ديلفرح: «تُعد الخلايا الشائخة بالضرورة عكس الخلايا الجذعية التي بدورها تملك قدرة لا محدودة لتجديد الذات أو الانقسام. لا تستطيع الخلايا الشائخة الانقسام مجددًا؛ فالشيخوخة حصار غير قابل للعكس في دورة الخلية».
اكتشف الفريق الباحث أن الخلايا الشائخة المتقدمة بالعمر توقفت عن إنتاج نمط من المواد الكيميائية تُدعى النوكليوتيدات التي تمثل وحدات البناء في الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA. فعندما أخذ خلايا يافعة وأجبرها على التوقف عن إنتاج النوكليوتيدات أصبحت شائخةً أو مسنة.
يقول ديلفرح: «يعني هذا أن إنتاج النوكليوتيدات جوهري للحفاظ على الخلايا يافعة. كما يعني هذا أننا إذا منعنا فقد الخلايا لتصنيع النوكليوتيدات، نستطيع إبطاء تقدم الخلية بالعمر».
فحص فريق غراهام خلايا يافعة كانت تتكاثر بشكل نشيط مع إطعامها جزيئات موسومة بنظائر كربونية؛ لمراقبة كيف عالجت الخلية المغذيات المستهلكة لسبل استقلابية مختلفة.
عمل سكوت فرازر ومخبره مع فريق البحث لتطوير تصوير ثلاثي الأبعاد للنتائج. أظهرت الصور بشكل غير متوقع أن الخلايا الشائخة غالبًا تملك نواتين، ولا تصنع الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين.
قبل هذه اللحظة، دُرست الخلايا الشائخة بشكل أساسي في الخلايا المعروفة بالخلية الليفية اليافعة Fibroblast (أكثر الخلايا شيوعًا والموجودة في النسيج الضام لدى الحيوانات). ركز فريق غراهام بشكل بديل على كيفية حدوث شيخوخة الخلايا في الخلايا الطلائية (الخلايا التي تبطن أسطح الأعضاء والبنى في الجسم والخلايا الأكثر تسببًا بحدوث السرطان).
يعرّف غراهام الشيخوخة -كما هو معلوم على مدى واسع النطاق- على أنها الحاجز الوقائي ضد السرطان. فعند تعرض الخلية لضرر يؤدي لحدوث خطر تطور إلى سرطان، تدخل الخلية مرحلة الشيخوخة وتتوقف عن التكاثر كي لا يتسنى للسرطان النمو والتطور.
يقول غراهام: «يتحدث الناس عن الشيخوخة كسيف ذي حدين، إذ إنها تحمي من السرطان وهذا شيء جيد. ولكنها تحرض على التقدم بالعمر والأمراض كداء السكري وخلل الوظيفة القلبية وتصلب الشرايين العصيدي والخلل بالنسج بشكل عام».
يشير غراهام إلى أنه لا يهدف إلى المنع التام لعملية الشيخوخة؛ لأن ذلك قد يطلق العنان للخلايا السرطانية. «في الجانب الآخر، نتمنى أن نجد طريقة لإزالة الخلايا الشائخة لتعزيز تقدم صحي للعمر بوظيفة أفضل».
يقول غراهام إن فريق البحث لديه تطبيقات في مجال السينولايتك (محلل الشيخوخة) الناشئ لتطوير العقارات القادرة على إزالة الخلايا الشائخة.
ما تزال التجارب السريرية البشرية في مراحلها المبكرة، ولكن في دراسات لفئران أزيلت منها الخلايا الشائخة، تقدمت الفئران بالعمر بشكل أفضل مع دورة حياة منتجة بشكل أفضل.
يقول غراهام: «يمكنهم أخذ فأر يتقدم بالعمر مع تدهور بالوظيفة، ثم معالجته بأدوية محلل الشيخوخة (مزيلة للخلايا الشائخة) فيستعيد الفأر شبابه. إذا لم يكن هناك آثار جانبية، يمكن اعتبار هذه الأدوية ينبوع الشباب».
يضيف غراهام أنه لتصميم أدوية محللة للشيخوخة ناجحة، كان من المهم تحديد السمة المميزة للخلايا الجذعية، حتى لا تؤثر العقارات على الخلايا الطبيعية غير الشائخة.
يختم غراهام قائلًا: «هذا ما أردنا فعله: دراسة استقلاب الخلايا ومحاولة تحديد المميز في الخلايا الشائخة؛ حتى يتسنى لنا تصميم معالجات مستهدفة لسبل الاستقلاب هذه».