بمساعدة من أفضل الملاقط في العالم، ألقى فريق من الباحثين من جامعة كوبنهاغن ضوءاً جديداً على آلية أساسية في جميع الخلايا الحية تساعدهم على استكشاف محيطهم وحتى كيفية غزو الأنسجة. يمكن أن يكون لاكتشافهم آثار على البحث في السرطان والاضطرابات العصبية وأشياء أخرى كثيرة.
باستخدام مخالب تشبه الأخطبوط، تدفع الخلية نفسها نحو هدفها، التي قد تكون بكتيريا، مثل حيوان مفترس يتعقب فريسته. يمكن أن يكون المشهد يلعب في برنامج الطبيعة. وبدلاً من ذلك، تتم ملاحظة السعي على نطاق النانو من خلال مجهر في معهد نيلز بور بجامعة كوبنهاغن. يُظهر التسجيل المجهري خلية مناعية بشرية تلاحق البكتيريا ثم تلتهمها.
من خلال دراستهم الجديدة، أضاف فريق من الباحثين الدنماركيين إلى فهم العالم لكيفية استخدام الخلايا لمخالب تشبه الأخطبوط تسمى أرجل خيطية للتنقل في أجسامنا. هذا الاكتشاف حول كيفية تحرك الخلايا لم تتم معالجته مطلقاً. نشرت هذه الدراسة في المجلة الشهيرة Nature Communications.
في حين أن الخلية ليس لها عيون أو حاسة شم، إلا أن سطحها مجهز بأقدام خيطية رفيعة للغاية تشبه مخالب الأخطبوط المتشابكة ويطلق عليها اسم الفيلوبيديا. ويوضح البروفيسور المساعد بول مارتن بنديكس، رئيس مختبر الفيزياء الحيوية التجريبية في معهد نيلز بور: تساعد هذه الأرجل الخيطية الخلية على التحرك نحو البكتيريا، وفي الوقت نفسه، تعمل كمستشعرات حسية تحدد البكتيريا على أنها فريسة.
ما هي الفيلوبيديا: عبارة عن استطالات حشوية رفيعة تمتد إلى ما وراء الحافة الأمامية في الخلايا المهاجرة. داخل أضلاع الأكتين وتُعرف حينها باسم مايكروسبايك: microspikes، أما عندما تمتد إلى أبعد فتُعرف باسم فيلوبيديا: filopodia. تحتوي على خيوط دقيقة (تسمى أيضاً خيوط الأكتين) مرتبطة ببعضها البعض في حزم بواسطة بروتينات تجميع الأكتين، مثل اللفافة. تشكل الفيلوبيديا التصاقات بؤرية مع الطبقة التحتية تربطها بسطح الخلية. تُظهر العديد من أنواع الخلايا المهاجرة أرجلاً خيطية، والتي يُعتقد أنها متورطة في كل من الإحساس بالإشارات الكيميائية، والتغيرات الناتجة في الحركة الموجهة.
يمكن مقارنة الوظيفة الميكانيكية للفيلوبوديا بشريط مطاطي. الشريط المطاطي غير المجدول ليس له قوة. ولكن إذا قمت بلفه، فإنه يتقلص. يساعد هذا المزيج من الالتواء والانكماش الخلية على التحرك في اتجاه واحد ويجعل الفلوبوديا مرنة للغاية. يبدو أن الآلية التي اكتشفها الباحثون الدنماركيون موجودة في جميع الخلايا الحية. كذلك اكتشف العلماء وجودها في الخلايا السرطانية، من المهم أيضاً دراسة أهمية أرجل الخيط في أنواع أخرى من الخلايا، مثل الخلايا الجذعية الجنينية وخلايا الدماغ، والتي تعتمد بشكل كبير على أرجل الخيط في نموها.
لا يتمثل الاكتشاف في أن أرجل الخيطيات تعمل كأجهزة حسية - وهو أمر راسخ بالفعل - بل يتعلق بكيفية تدويرها وتصرفها ميكانيكياً، مما يساعد الخلية على التحرك، كما يحدث عندما تغزو خلية سرطانية نسيجاً جديداً.
من الواضح أن نتائجنا تهم الباحثين في مجال السرطان. تمت ملاحظة الخلايا السرطانية لكونها غازية للغاية. ومن المعقول الاعتقاد بأنها تعتمد بشكل خاص على فعالية أرجلها الخيطية، من حيث فحص محيطها وتسهيل انتشارها. لذلك، من المتصور أنه من خلال إيجاد طرق لتثبيط فلوبوديا الخلايا السرطانية، يمكن وقف نمو السرطان كما يوضح الأستاذ المساعد بول مارتن بنديكس.
لهذا السبب، فإن الباحثين من مركز أبحاث جمعية السرطان الدنماركية هم جزء من الفريق الذي يقف وراء هذا الاكتشاف. من بين أمور أخرى، يهتم الباحثون في مجال السرطان بما إذا كان إيقاف إنتاج بعض البروتينات يمكن أن يثبط آليات النقل التي تعتبر مهمة لخيط الأرجل للخلايا السرطانية.
محرك الخلية
وفقاً لبول مارتن بنديكس، يمكن مقارنة الوظيفة الميكانيكية لفيلوبوديا الخلية بشريط مطاطي. الشريط المطاطي غير مجدول وليس له قوة. ولكن إذا قمت بلفه، فإن الخلية تتقلص. يساعد هذا المزيج من الالتواء والانكماش الخلية على التحرك في اتجاه واحد ويجعل خلية الفلوبوديا مرنة للغاية.
تقول الكاتبة الرئيسية ناتاشا ليجنس: إن الخلية قادرة على الانحناء - الالتواء، إذا أرادت - بطريقة تسمح لها باستكشاف المساحة بأكملها حول الخلية، ويمكنها حتى من اختراق الأنسجة في بيئتها.
يبدو أن الآلية التي اكتشفها الباحثون الدنماركيون موجودة في جميع الخلايا الحية. إلى جانب الخلايا السرطانية، من المهم أيضاً دراسة أهمية أرجل الخيط في أنواع أخرى من الخلايا، مثل الخلايا الجذعية الجنينية وخلايا الدماغ، والتي تعتمد بشكل كبير على الأرجل الخيطية في نموها.
أفضل الملاقط في العالم
تضمن المشروع تعاوناً متعدد التخصصات في معهد نيلز بور، حيث ساهم الأستاذ المساعد أمين دوست محمدي، الذي يرأس مجموعة بحثية تحاكي المواد النشطة بيولوجياً، في نمذجة سلوك الفلوبوديا.
يوضح بول مارتن بنديكس: من المثير جداً أن يتمكن أمين دوست محمدي من محاكاة الحركات الميكانيكية التي شهدناها من خلال المجهر، بشكل مستقل تماماً عن التفاصيل الكيميائية والبيولوجية.
السبب الرئيسي وراء نجاح الفريق في كونه أول من وصف السلوك الميكانيكي لفيلوبوديا هو أن معهد NBI لديه معدات فريدة لهذا النوع من التجارب، بالإضافة إلى الباحثين المهرة ذوي الخبرة الهائلة في العمل مع الملاقط البصرية. عندما يكون الشيء صغيراً بشكل غير عادي يصبح التمسك به ميكانيكياً مستحيلاً. ومع ذلك، يمكن إمساكه وتحريكه باستخدام شعاع ليزر بطول موجي معاير بعناية للكائن قيد الدراسة. هذه تسمى ملاقط بصرية.
يشرح بول مارتن بنديكس: في معهد NBI، لدينا بعض من أفضل الملاقط البصرية في العالم للدراسات الميكانيكية الحيوية. تتطلب التجارب استخدام عدة ملاقط بصرية والنشر المتزامن للفحص المجهري فائق الدقة.
قاد الدراسة جنباً إلى جنب مع بول مارتن بنديكس والأستاذ المساعد ناتاشا ليجنس عالم تقني في معهد NBI يونس باروجي. نُشر المقال عن الخلية الخلوية في فلوبوديا في مجلة Nature Communications.
يأمل العلماء أن تقود هذه الدراسة إلى أبحاث أكثر تطوراً في مجال دراسة الخلايا السرطانية، ما يقود إلى فهم أكثر عمقاً لآلية مهاجمة الخلايا السرطانية للخلايا السليمة، وعندها يتقدمون خطوات في مجال العثور على آليات لوقف هذا الهجوم والحد من انتشار الخلايا السرطانية من الأصل.
----