الحرب على المرض: إعادة النظر في الأماكن القديمة
على الرغم من تدفق الاكتشافات المستمر في العلوم الطبية ، لا يزال عدد من الأمراض البارزة يثير قلق الباحثين. يبحث العلماء اليوم عن أدلة جديدة على طول المسارات المألوفة جيدًا.
بينما يتعمق العلماء في الآليات التي تكمن وراء الحالات التي يصعب علاجها مثل مرض السكري ومرض الزهايمر ، فإنهم يبتعدون عن حواف العلم ، ويصلون إلى الخيوط السائبة ويضعون أصابعهم في زوايا مضاءة بشكل خافت.
ولكن نظرًا لأن الإجابات من زوايا جديدة ليست دائمًا وشيكة ، فمن الجدير مضاعفة الإجابات مرة واحدة كل فترة ، وفتح الأبواب القديمة وإعادة النظر في الوجوه المألوفة.
في الآونة الأخيرة ، على سبيل المثال ، تم "اكتشاف" عضو جديد مختبئًا على مرأى من الجميع. يعتبر النسيج الخلالي - وهو نظام من الأكياس المملوءة بالسوائل - أحد أكبر أعضاء الجسم.
في السابق ، كان يُعتقد أن النسيج الخلالي غير منطقي إلى حد ما ؛ أكثر بقليل من ورق الغراء التشريحي الذي يدعم الأعضاء المناسبة للقيام بالعمل المناسب. ولكن عندما تم التركيز على تقنيات التصوير المتطورة ، أصبح حجمها وأهميتها واضحين.
الآن ، يتساءل العلماء عما يمكن أن نتعلمه عن الوذمة والتليف وقدرة السرطان المزعجة على الانتشار.
في البحث ، يعلم الجميع أنه لا ينبغي ترك أي شوط دون قلبه. ومع ذلك ، يذكرنا النسيج الخلالي بضرورة قلبهما عدة مرات وعلى فترات منتظمة.
في هذه المقالة ، نغطي بعض الجوانب المألوفة للبيولوجيا الخلوية التي تتم إعادة النظر فيها وتقديم طرق غير مألوفة لفهم المرض.
الأنابيب الدقيقة: أكثر من مجرد سقالات
يمر عبر السيتوبلازم لكل خلية شبكة معقدة من البروتينات تسمى الهيكل الخلوي ، وهو مصطلح صاغه نيكولاي كونستانتينوفيتش كولتسوف لأول مرة في عام 1903. أحد المكونات الأساسية للهيكل الخلوي هو بروتينات أنبوبية طويلة تسمى الأنابيب الدقيقة.
تساعد الأنابيب الدقيقة في الحفاظ على الخلية جامدة ، ولكنها تلعب أيضًا أدوارًا محورية في انقسام الخلايا ونقل المركبات حول السيتوبلازم.
تم ربط ضعف الأنابيب الدقيقة بحالات التنكس العصبي ، بما في ذلك الحالتان الرئيسيتان: مرض باركنسون ومرض الزهايمر.
التشابك الليفي العصبي ، وهو عبارة عن خيوط ملتوية بشكل غير طبيعي لبروتين يسمى تاو ، هي إحدى السمات المميزة لمرض الزهايمر. عادة ، بالاقتران مع جزيئات الفوسفات ، تساعد تاو على التأكد من الأنابيب الدقيقة. ومع ذلك ، في الخلايا العصبية لمرض الزهايمر ، تحمل بروتينات تاو ما يصل إلى أربعة أضعاف كمية الفوسفات العادية.
يقلل فرط الفسفرة من الاستقرار ومعدل تصنيع الأنابيب الدقيقة ، ويمكن أن يتسبب أيضًا في تفكيك الأنابيب الدقيقة.
إن الكيفية التي يؤدي بها هذا التغيير في إنتاج الأنابيب الدقيقة إلى التنكس العصبي ليست مفهومة تمامًا ، لكن الباحثين مهتمون بمعرفة ما إذا كان التدخل في هذه العمليات قد يساعد يومًا ما في علاج مرض الزهايمر أو الوقاية منه.
لا تقتصر المشكلات المتعلقة بالأنابيب الدقيقة على الحالات العصبية فقط. منذ تسعينيات القرن الماضي ، كان العلماء يناقشون ما إذا كانوا هم السبب الجذري للتغيرات الخلوية التي تؤدي إلى النوبة القلبية.
خلصت أحدث دراسة بحثت في هذا السؤال إلى أن التغييرات الكيميائية في شبكة الأنابيب الدقيقة لخلايا القلب تجعلها أكثر صلابة وأقل قدرة على الانقباض كما ينبغي.
يعتقد المؤلفون أن تصميم الأدوية التي تستهدف الأنابيب الدقيقة قد يكون في النهاية طريقة قابلة للتطبيق "لتحسين وظيفة القلب".
ما وراء القوة
إذا تعلمت شيئًا واحدًا فقط في فصل علم الأحياء ، فمن المحتمل أن "الميتوكوندريا هي مراكز قوة الخلية." تم إلقاء الضوء لأول مرة في القرن التاسع عشر ، يتساءل علماء اليوم عما إذا كانت الميتوكوندريا تتعاون مع مجموعة من الأمراض.
حظي دور الميتوكوندريا في مرض باركنسون بأكبر قدر من الاهتمام.
في الواقع ، على مر السنين ، تورطت مجموعة متنوعة من حالات فشل الميتوكوندريا في تطور مرض باركنسون.
على سبيل المثال ، يمكن أن تنشأ مشكلات في المسارات الكيميائية المعقدة التي تولد الطاقة في الميتوكوندريا ، ويمكن أن تحدث الطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا.
أيضًا ، يمكن أن تتلف الميتوكوندريا من خلال تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية التي يتم إنتاجها كمنتج ثانوي لإنتاج الطاقة.
ولكن كيف تؤدي هذه الإخفاقات إلى ظهور الأعراض المميزة لمرض باركنسون؟ توجد الميتوكوندريا ، بعد كل شيء ، في كل خلية من خلايا جسم الإنسان تقريبًا.
يبدو أن الإجابة تكمن في نوع الخلايا المصابة في مرض باركنسون: الخلايا العصبية الدوبامينية. هذه الخلايا معرضة بشكل فريد لاختلال وظائف الميتوكوندريا. يبدو أن هذا يرجع جزئيًا إلى أنهم حساسون بشكل خاص للهجوم التأكسدي.
تعتمد الخلايا العصبية الدوبامينية أيضًا اعتمادًا كبيرًا على الكالسيوم ، وهو عنصر تحتفظ الميتوكوندريا بعلامات تبويب عليه. بدون التحكم في الكالسيوم في الميتوكوندريا ، تعاني الخلايا العصبية الدوبامينية بشكل غير متناسب.
كما تمت مناقشة دور الميتوكوندريا في السرطان. تنقسم الخلايا الخبيثة وتتضاعف بطريقة خارجة عن السيطرة ؛ هذا مكلف للغاية ، مما يجعل الميتوكوندريا المشتبه بها الرئيسي.
بالإضافة إلى قدرة الميتوكوندريا على توليد الطاقة للخلايا السرطانية ، فإنها تساعد الخلايا أيضًا على التكيف مع البيئات الجديدة أو المجهدة. ولأن الخلايا السرطانية لديها قدرة خارقة على الانتقال من جزء من الجسم إلى آخر ، وإنشاء متجر ، والاستمرار في التكاثر دون توقف للتنفس ، فإن الميتوكوندريا يشتبه في أنها أشرار هنا أيضًا.
إلى جانب مرض باركنسون والسرطان ، هناك أدلة على أن الميتوكوندريا قد يكون لها دور في الإصابة بمرض الكبد الدهني غير الناجم عن شرب الكحول وبعض أمراض الرئة. لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه حول كيفية تأثير هذه العضيات الكادحة على المرض.
المستوى التالي للميكروبيوم
الجراثيم هي فيروسات تهاجم البكتيريا. ومع زيادة الاهتمام ببكتيريا الأمعاء ، فليس من المستغرب أن العاثيات بدأت تثير الدهشة. إذا كان بإمكان البكتيريا التأثير على الصحة ، فمن المؤكد أن الشيء الذي يقتلها يمكن أن يحدث أيضًا.
تشتهر البكتيريا الموجودة في جميع النظم البيئية على الأرض بتعددها. ومع ذلك ، فإن العاثيات تفوق عددها. يشير إليهم أحد المؤلفين على أنهم "موجودون في كل مكان تقريبًا".
إن تأثير الميكروبيوم على الصحة والمرض عبارة عن شبكة معقدة من التفاعلات التي بدأنا للتو في كشفها.
وعندما تتم إضافة الفيروس - الفيروسات المقيمة لدينا - إلى هذا المزيج ، فإنه يصبح متاهة بشكل كبير.
معرفة مدى أهمية البكتيريا في المرض وفي الصحة ، لا يتطلب الأمر سوى قفزة صغيرة من الخيال للنظر في كيف يمكن أن تكون العاثيات - الخاصة بسلالات مختلفة من البكتيريا - مفيدة من الناحية الطبية يومًا ما.
في الواقع ، تم استخدام العاثيات لعلاج الالتهابات في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي. لقد فقدوا حظهم في المقام الأول لأن المضادات الحيوية ، التي كانت أسهل وأرخص في التخزين والإنتاج ، ظهرت على الساحة.
ولكن مع خطر مقاومة المضادات الحيوية التي ترفع رأسها ، قد يكون العودة إلى العلاج بالعاثيات أمرًا وشيكًا.
تتمتع العاثيات أيضًا بميزة كونها خاصة ببكتيريا واحدة ، بدلاً من اكتساح المضادات الحيوية الواسع عبر العديد من الأنواع.
على الرغم من أن عودة الاهتمام بالعاثيات أمر جديد ، يرى البعض بالفعل دورًا محتملًا في مكافحة "أمراض القلب والأوعية الدموية وأمراض المناعة الذاتية ، ورفض الكسب غير المشروع ، والسرطان".
ضع على غير هدى على طوافات الدهون
كل خلية مغلفة بغشاء دهني يسمح بدخول وخروج مواد كيميائية معينة بينما تسد مسارات الآخرين. بعيدًا عن كونها كيسًا بسيطًا مليئًا بالقطع ، فإن الأغشية الدهنية عبارة عن كيانات معقدة مرصعة بالبروتين.
داخل مجمع الغشاء ، تكون أطواف الدهون عبارة عن جزر منفصلة حيث تتجمع القنوات والمعدات الخلوية الأخرى. إن الغرض الدقيق من هذه الهياكل محل نقاش ساخن ، لكن العلماء منشغلون في فهم ما قد تعنيه لعدد من الحالات ، بما في ذلك الاكتئاب.
خلصت التحقيقات الحديثة إلى أن فهم هذه المناطق يمكن أن يساعدنا في التعرف على كيفية عمل مضادات الاكتئاب.
يتم إلغاء تنشيط بروتينات G - وهي عبارة عن مفاتيح خلوية لنقل الإشارات - عندما تنجرف في أطواف الدهون. عندما ينخفض نشاطهم ، ينخفض إطلاق الخلايا العصبية والتواصل ، مما قد يتسبب ، من الناحية النظرية ، في بعض أعراض الاكتئاب.
على الجانب الآخر من العملة ، ثبت أن مضادات الاكتئاب تعمل على تحويل البروتينات G للخلف من الأطواف الدهنية ، وبالتالي تقليل أعراض الاكتئاب.
حققت دراسات أخرى في الدور المحتمل لطوافات الدهون في مقاومة الأدوية والنقائل في سرطان البنكرياس والمبيض ، بالإضافة إلى التباطؤ المعرفي في الطريق نحو مرض الزهايمر.
على الرغم من اكتشاف الهيكل مزدوج الطبقات للغشاء الدهني لأول مرة في منتصف القرن الماضي ، إلا أن الأطواف الدهنية تعد إضافة جديدة نسبيًا للعائلة الخلوية. العديد من الأسئلة حول هيكلها ووظيفتها ، حتى الآن ، لم تتم الإجابة عليها.
الأشياء الجيدة تأتي في مجموعات صغيرة
باختصار ، الحويصلات خارج الخلية عبارة عن حزم صغيرة تنقل المواد الكيميائية بين الخلايا. فهي تساعد في التواصل وتلعب دورًا في عمليات متنوعة مثل التخثر والشيخوخة الخلوية والاستجابة المناعية.
نظرًا لأنهم يحملون رسائل ذهاباً وإياباً كجزء من مجموعة واسعة من المسارات ، فلا عجب أن لديهم القدرة على الانحراف والتورط في المرض.
أيضًا ، نظرًا لأنها يمكن أن تحمل جزيئات معقدة بما في ذلك البروتينات والحمض النووي ، فهناك كل فرصة لنقل المواد الخاصة بمرض معين - مثل البروتينات المشاركة في الأمراض التنكسية العصبية.
تنتج الأورام أيضًا حويصلات خارج الخلية ، وعلى الرغم من أن دورها لم يُفهم تمامًا بعد ، فمن المحتمل أنها تساعد السرطان في إنشاء متجر في أماكن بعيدة.
إذا تمكنا من تعلم قراءة إشارات الدخان بين الخلايا ، فيمكننا الحصول على نظرة ثاقبة لعدد لا يحصى من عمليات المرض. من الناحية النظرية ، كل ما نحتاج إلى فعله هو الاستفادة منها وكسر الكود - والذي سيكون بالطبع تحديًا هائلاً.
أسفل الطي
إذا كنت قد درست علم الأحياء ، فقد يكون لديك تذكر خافت للشبكة الإندوبلازمية (ER). قد تتذكر أيضًا أنها شبكة مترابطة من الأكياس المسطحة داخل السيتوبلازم ، وتقع بالقرب من النواة.
يقوم جهاز ER - الذي تم عرضه لأول مرة تحت المجهر في أواخر القرن التاسع عشر - بطي البروتينات وإعدادها للحياة في البيئة القاسية خارج الخلية.
من الضروري أن يتم طي البروتينات بشكل صحيح ؛ إذا لم تكن كذلك ، فلن تنقلهم غرفة الطوارئ إلى وجهتهم النهائية. في أوقات التوتر ، عندما تعمل غرفة الطوارئ لوقت إضافي ، يمكن أن تتراكم البروتينات غير المطوية أو غير المطوية. يؤدي هذا إلى ما يسمى استجابة البروتين غير المطوية (UPR).
يحاول UPR إعادة الأداء الخلوي الطبيعي إلى الإنترنت عن طريق إزالة تراكم البروتين غير المطوي. للقيام بذلك ، فإنه يمنع المزيد من إنتاج البروتين ، ويفكك البروتين المطوي بشكل سيئ ، وينشط الآلات الجزيئية التي يمكن أن تساعد في التصدع مع بعض الطي.
إذا لم يتمكن ER من العودة إلى المسار الصحيح وفشل UPR في إعادة وضع البروتين في الخلية مرة أخرى ، يتم تمييز الخلية بالموت بواسطة موت الخلايا المبرمج ، وهو نوع من انتحار الخلية.
لقد تورط إجهاد ER وما يترتب على ذلك من UPR في مجموعة من الأمراض ، أحدها مرض السكري.
يتم تصنيع الأنسولين بواسطة خلايا بيتا في البنكرياس ، ولأن إنتاج هذا الهرمون يختلف على مدار اليوم ، فإن الضغط على ER يرتفع وينخفض - مما يعني أن هذه الخلايا تعتمد على إشارات UPR الفعالة.
أظهرت الدراسات أن ارتفاع نسبة السكر في الدم يضع ضغطًا متزايدًا على تخليق البروتين. إذا لم يتمكن UPR من إعادة الأمور إلى مسارها الصحيح ، فإن خلايا بيتا تصبح مختلة وتموت. مع تضاؤل أعداد خلايا بيتا ، لم يعد بالإمكان إنتاج الأنسولين عند الحاجة ، وسيتطور مرض السكري.
هذه أوقات رائعة للمشاركة في العلوم الطبية الحيوية ، وكما تثبت هذه اللمحة الموجزة ، لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه ، ويمكن أن يكون تغطية الأرض القديمة مفيدًا مثل حفر آفاق جديدة.
