كل يوم ، يحل جسمك محل مليارات الخلايا – ومع ذلك ، تبقى أنسجةك منظمة تمامًا. كيف هذا ممكن؟
يعتقد فريق من الباحثين في مركز ومعهد أبحاث السرطان في كريستياناكاري وجامعة ديلاوير أنهم عثروا على إجابة. في دراسة جديدة نشرت في المجلة العلمية بيولوجيا الخلية، يوضحون أن خمس قواعد أساسية فقط قد تفسر كيف يحافظ الجسم على التركيب المعقد للأنسجة مثل تلك الموجودة في القولون ، على سبيل المثال ، حتى عندما تموت خلاياه باستمرار ويتم استبدالها.
هذا البحث هو نتاج لأكثر من 15 عامًا من التعاون بين علماء الرياضيات وعلماء الأحياء السرطانيين لفتح القواعد التي تحكم بنية الأنسجة والسلوك الخلوي.
وقال بروس بومان ، دكتوراه ، دكتوراه ، كبار علماء الأبحاث في مركز كاولي في ولاية ديلاوير: “قد تكون هذه هي النسخة البيولوجية للمخطط”. “مثلما لدينا رمز وراثي يشرح كيف تعمل جيناتنا ، فقد يكون لدينا أيضًا” رمز الأنسجة “يشرح كيف تظل أجسامنا منظمة على وجه التحديد مع مرور الوقت.”
الرياضيات تلبي الطب
استخدم الباحثون النمذجة الرياضية – بشكل أساسي ، إنشاء محاكاة كمبيوتر لكيفية تصرف الخلايا – لمعرفة ما إذا كان عدد قليل من القواعد يمكن أن يفسر الهيكل المنظم للغاية لبطانة القولون. هذا مكان مثالي للدراسة: تجديد الخلايا في القولون كل بضعة أيام ، ولكن الشكل العام والبنية يبقى مستقرين بشكل ملحوظ.
بعد إدارة العديد من عمليات المحاكاة وتحسين نماذجها ، حدد الفريق خمس قواعد بيولوجية أساسية يبدو أنها تحكم بنية وسلوك الخلايا:
- توقيت تقسيم الخلايا.
- الترتيب الذي تقسم فيه الخلايا.
- خلايا الاتجاه تقسم وتحرك.
- كم مرة تقسم الخلايا.
- كم من الوقت تعيش الخلية قبل أن تموت.
وقال جيلبرتو شلينيجر ، الأستاذ في قسم العلوم الرياضية بجامعة ديلاوير: “تعمل هذه القواعد معًا مثل تصميم الرقصات”. “إنهم يتحكمون في المكان الذي تسير فيه الخلايا ، وعندما تقسمها والوقت الذي يلتزم به – وهذا ما يبقي الأنسجة تبدو وتعمل بالطريقة التي ينبغي عليها.”
فك تشفير الأنسجة البشرية
يعتقد الباحثون أن هذه القواعد قد تنطبق على القولون فحسب ، بل على العديد من الأنسجة المختلفة في جميع أنحاء الجسم – الجلد والكبد والدماغ وما بعده. إذا كان هذا صحيحًا ، فإن “رمز الأنسجة” هذا يمكن أن يساعد العلماء على فهم أفضل لكيفية شفاء الأنسجة بعد الإصابة ، وكيف تحدث عيوب الخلقت وكيف تتطور أمراض مثل السرطان عندما تتعطل هذا الرمز.
أوضح بومان ذلك على هذا النحو: “أنسجتك لا تنمو وتتقلص بشكل عشوائي فقط. إنهم يعرفون ما الذي يفترض أن يبدو عليه ، وهم يعرفون كيفية العودة إلى تلك الحالة ، حتى بعد الضرر. هذا المستوى من الدقة يحتاج إلى مجموعة من التعليمات. ما وجدناه هو مرشح قوي لتلك التعليمات.”
اقرأ أيضًا...
هذا العمل له أيضًا آثار مهمة على أطلس الخلايا البشرية ، وهو تعاون علمي عالمي يعمل على تعيين كل نوع من أنواع الخلية في جسم الإنسان. في حين أن الأطلس يهدف إلى تصنيف ماهية كل خلية وما تفعله في لحظة معينة ، فإن هذا البحث الجديد يوفر إطارًا ديناميكيًا لفهم كيفية ظهور هذه الخلايا مع مرور الوقت. من خلال تحديد القواعد الشاملة البسيطة التي تحكم سلوك الخلية وهيكل الأنسجة ، يمكن أن تساعد النتائج في توجيه الجهود المستقبلية ليس فقط لوصف الخلايا ، ولكن تتنبأ بكيفية تصرفها في الصحة والمرض.
الآثار المترتبة على المرض والاكتشاف
أحد أسباب تحول الفريق إلى النماذج الرياضية ، بدلاً من تجارب البيولوجيا التقليدية ، هو أنه من الصعب للغاية ملاحظة كيف تتصرف كل خلية في الأنسجة في الوقت الفعلي. ولكن مع نماذج الكمبيوتر ، يمكن للباحثين تشغيل عمليات محاكاة تكشف عن الأنماط والديناميات المختبئة عن العرض.
يعكس هذا النوع من التعاون بين علم الأحياء والرياضيات تحولًا أوسع في كيفية تعامل العلماء إلى مشاكل معقدة. كما أنه يتوافق مع الأولويات الوطنية: تحدى مبادرة “قواعد الحياة” للمؤسسة الوطنية للعلوم الباحثين في الكشف عن المبادئ الأساسية التي تحكم أنظمة الحية. هذه الدراسة هي خطوة قوية في هذا الاتجاه.
تتضمن الخطوات التالية للفريق اختبار تنبؤات النموذج بشكل تجريبي ، وتحسينه ببيانات إضافية واستكشاف أهميته لبيولوجيا السرطان – خاصة كيف يمكن أن تؤدي اضطرابات رمز الأنسجة إلى نمو الورم أو ورم خبيث.
وقال شلينيجر “هذه مجرد البداية”. “بمجرد أن تتمكن من تحديد القواعد ، يمكنك البدء في طرح أسئلة جديدة تمامًا ، وربما حتى تعلم كيفية إصلاح الخطأ الذي حدث.”
تم توفير تمويل لهذا المشروع من قبل المعاهد الوطنية للصحة ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ومؤسسة ليزا دين موسلي ، ومركز ديلاوير للعلوم البيولوجية للتكنولوجيا المتقدمة (CAT) وزمالة أبحاث UNIDEL.
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
