«معهد ماساتشوستس للتقنية- Massachusetts Institute of Technology» -يُعرف اختصارًا بـ MIT- قام بتطوير تقنية لاكتشاف سرطان الثدي حتى قبل 5 سنوات من حدوثه.
«سرطان الثدي-Breast cancer»
هو نوع من أنواع السرطان يظهر في أنسجة الثدي، من علاماته تغير في شكل الثدي، وظهور كتلة، تقشير الجلد، سائل قادم من الحلمة، حلمة مقلوبة حديثًا، بقع حمراء قد تكون متقشرة.
التشخيص والمعالجة:
هناك طريقتين للفحص يعدان الأكثر استخداماً، الأولى الفحص البدني للثدي من قبل مقدم الرعاية الصحية والثانية عن طريق جهاز الماموغرام (التصوير الشعاعي للثدي)، يمكن لهاتين الطريقتين أن تقدمان احتمال تقريبي ما إذا كانت الكتلة سرطانية أم لا؟
عادة ما يتم العلاج عن طريق الجراحة، والتي يمكن أن يتبعها العلاج الكيميائي أو العلاج الإشعاعي أو كليهما.
التقنية الحديثة والتي قد تُحدث ثورة في الكشف المبكر عن سرطان الثدي:
في مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قام الباحثون الأمريكيون بابتكار جهاز تم تدريبه لاكتشاف سرطان الثدي قبل حدوثه ب 5 سنوات وذلك من خلال تصوير الثدي بالأشعة السينية، وإدخال بيانات ومعلومات عن المريض.
يقوم الجهاز باستخدام التعلم العميق إتخاذ القرار وتحديد النتيجة، حتى الآن أظهرت النتائج دقة عالية.
لا يعتمد الجهاز في تشخيص السرطان على وضع الفرضيات ودراسة عوامل الخطر، كما أن الكشف الدوري للثدي يكون كل 3 أو 4 سنوات.
الفريق البحثي قام بتجربة الجهاز بإدخال أكثر من 90 ألف صورة تصوير ثدي بنتائجها -حصلوا عليها من حوالي 60 ألف مريضة بسرطان الثدي- تمكن الجهاز من اكتشاف أنماط خفية في أنسجة الثدي حيث تعتبر مقدمة للأورام الخبيثة، وكان من المستحيل ملاحظتها من قبل الأطباء البشريين.
نموذج يوضح القدرة على إكتشاف البؤرة التي ستتحول لسرطان، حوالي 4 سنوات قبل حدوثه ثم صورة بعد حدوثه.
بشكل عام، يهدف المشروع إلى مساعدة أخصائيي الرعاية الصحية على وضع برنامج الفحص الصحيح للأفراد والقضاء على النتائج المفاجئة للتشخيص المتأخر.
يأمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يتم استخدام هذه التقنية أيضًا لتحسين الكشف عن الأمراض الأخرى التي تعاني من مشكلات مماثلة مع نماذج المخاطر الحالية ذات الثغرات الكثيرة ودرجات الدقة المنخفضة.
كان هناك هدف سامٍ وراء ابتكار التقنية الحديثة، تُرى ما هو؟
مسألة التحيز الحسابي تمثل محور الكثير من الأبحاث الصناعية وحتى المنتجات الأحدث التي ستصدرها شركات التكنولوجيا التي تعمل على نشر الذكاء الاصطناعي في هذا المجال.
يلاحظ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن النساء السود أكثر عرضة بنسبة 42 في المائة من النساء البيض للوفاة من سرطان الثدي، ويمكن أن يكون أحد العوامل المساهمة في ذلك هو عدم خدمتهن بتقنيات الكشف المبكر الحالية.
لذلك صمم الباحثون نموذجهم الخاص بحيث يكون الجهاز قادرًا على قراءة البيانات وإعطاء نتائج تضمن الدقة للنساء البيض والسود.
كان الهدف جعل تقييم المخاطر الصحية من هذه الطبيعة أكثر دقة للأقليات، الذين لا يتم تمثيلهم جيدًا في تطوير نماذج التعلم العميق.
قد لا يبدو للوهلة الأولى أن هنالك صلة بين “الجراثيم الحية” و”علاج السرطان”، ولكن يبدو أن بعض الأحياء الدقيقة تملك قدرةً على إعاقة نمو الورم عندما تحقن داخله، وذلك وفقاً لبيانات قدمت للمؤتمر الدولي الرابع للعلاج المناعي للسرطان في 30 أيلول الماضي، والتي بينت استخدام حقن جرثومية داخل الأورام لعلاج بعض أنواع السرطان.
يبدو أن هذه الحقن تنشط استجابة مناعية تستهدف الورم. لا يزال هنالك أسئلة حول أمان هذه الطريقة. لكن بالنظر إلى عدد المرضى الذين تتطور لديهم مقاومة أو عدم استجابة لعلاجات السرطان الحالية، فإن هذه الحقن الجرثومية قد ولدت اهتماماً كافياً بكونها جزء من تجارب سريرية جديدة تجمع بين البكتريا والعلاج المناعي المعمول به.
يحمل البحث أصداء تجربة عمرها أكثر من قرن. في تسعينيات القرن التاسع عشر، بدأ عالم الأورام ويليام كولي بحقن مرضى السرطان المصابين بأورام غير قابلة لإجراء جراحي بمزيج من الجراثيم القاتلة. أبلغ كولي عن نجاح هذه الطريقة وتم بيع «سموم كولي – coley’s toxins» كعلاج للسرطان في الولايات المتحدة حتى الستينات. لكن أطباء آخرين شككوا في نتائج كولي، وتم تخطي هذا العلاج بواسطة العلاجات الكيميائية والشعاعية، والتي أصبحت معيارية في علاج السرطان.
قبل أربع سنوات، أشار فريق كبير من علماء السرطان إلى أن تطبيق حقن جرثومية داخل الأورام قد تكون وسيلة صالحة لعلاج السرطان. قاموا بنشر ورقة في مجلة «Science Translational Medicine» يصفون فيها كيف أن ستة كلاب من أصل ستة عشر كلباً مصاباً بأورام صلبة قد تقلصت الكتل الورمية لديهم أو حتى اختفت عند حقنها بنسخ حية من جراثيم «Clostridium novyi». في هذا التجربة، قام الفريق البحثي بإزالة الجينات المنتجة للسموم من البكتريا الحية. وبتشجيع من تجربة الكلاب، قامت المجموعة بعلاج امرأة تبلغ من العمر 53 عاماً مصابة بـ «ساركوما عضلية ملساء – leiomyosarcoma»، وهو شكل من السرطان الذي يبدأ في العضلات الملساء. تقلّص ورمها أيضاً، رغم أنها سعت بعد ذلك إلى علاج أخر.
هذه المريضة هي الآن الأولى من بين الكثيرين. في عمل سريري إضافي بقيادة عالم الأورام الطبي فيليب جانكو في مركز أندرسون للسرطان بجامعة تكساس في هيوستن، والذي كان جزءاً من الفريق العلمي قبل أربع سنوات، 23 مريضاً يعانون من ساركوما متقدمة أو أورام صلبة أخرى تتراوح من سرطان الثدي إلى سرطان الجلد، حصلوا على حقنة واحدة في أورمهم تحتوي من 10,000 إلى 3 ملايين من أبواغ – وهي شكل خامد من الجراثيم- الكلوستريديوم. فوجئ الفريق البحثي بالتأثيرات المضادة للأورام لهذه الجراثيم. 19 مريضاً، بمن فيهم المرأة الأولى، كانت سرطاناتهم مستقرة، مما يعني أن أورامهم لم تستمر في النمو بعد العلاج.
قال جانكو: “بالرغم من أن الحقن كانت موضعية، إلا أن الجراثيم في بعض الأحيان قللت من نمو الأورام في أماكن أخرى من الجسم كما يظهر التصوير”.
قد تؤدي الاستجابة الالتهابية للأبواغ إلى توليد النشاط المناعي المقاوم للسرطان، كما يتكهن هو وزملاؤه في الفريق. رأى الباحثون في 11 مريضاً أدلة -حمى، ألم، تورم في موضع الحقن- على أن الأبواغ الجرثومية قد نمت، وهذه هي العملية التي تستأنف بها الجراثيم الخامدة تكاثرها النشط.
كانت الاستراتيجية جديدة إلى درجة أن العلماء لم يكونوا متأكدين من أهمية الجرعة، خاصة وأنهم كانوا يأملون بأن تصبح الأبواغ نشطة دفعة واحدة داخل الورم. تبين أن عدد الجراثيم التي تم حقنها كان من اعتبارات السلامة الرئيسية، حيث أن المريضان اللذان تلقيا أعلى جرعة من 6 جرعات تطورت لديهما حالة «غرغرينا gangrene» و«إنتان دم sepsis»، وهي حالة مهددة للحياة.
قال جانكو: “لم نقم بالتعمق في الآليات”. الجراثيم الغير متبوغة حررت أنزيمات متنوعة كانت قادرة على تحطيم الخلايا الورمية، وتماماً كأي غازٍ، حرضت الجهاز المناعي على الدخول في حالة التهابية والتي ربما تستهدف الكتل السرطانية أيضاً. لكن التفاصيل لا تزال غامضة.
العثور على سلاح جديد ضد مقاومة المضادات الحيوية حيث تم اكتشاف مضاد حيوي جديد تمامًا في تربة الغابات الاستوائية المطيرة، ويمكن أن تجعله خصائصه الفريدة جذابًا للاستخدام في الزراعة. حيث أن المركب المعروف باسم (phazolicin)، كان مركبًا غير معروف سابقًا معزولًا في أعماق الغابات الاستوائية في لوي توكستلاس بالمكسيك.
ويقول كونستانتين سيفيرينوف، عالم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية في جامعة روتجرز – نيو برونزويك:
“مقاومة المضادات الحيوية مشكلة كبيرة في كل من الطب والزراعة ، والبحث المستمر عن مضادات حيوية جديدة أمر مهم للغاية لأنه قد يؤدي إلى عوامل مضادة للبكتيريا في المستقبل”.
أين وجد وكيف يعمل:
وجدت في العقيدات الجذرية للفاصوليا البرية (Phaseolus vulgaris)، ويتم إنتاج هذا المضاد الحيوي غير العادي من قبل بكتيريا التربة التكافلية التي تحدد النيتروجين للنبات وتبقي الميكروبات الضارة بعيدة.
وينتمي الميكروب التكافلي المذكور إلى جنس (Rhizobium) من البكتيريا، التي تشكل عقيدات على جذور نبات الفول. خلافا لغيرها من (Rhizobium)، فإن هذه البكتريا المعينة تنتج «الفازوليسين-phazolicin» أيضًا.
إن المضاد الحيوي فازوليسين هو فئة من الببتيد يتم إنتاجه في الريبوسوم، وهو جزء من مجموعة متنوعة من المنتجات الطبيعية مع مجموعة متنوعة من الاستخدامات البيولوجية التي بدأنا في اكتشافها.
يقول المؤلفون:
“حتى مع وجود عشرات من تسلسلات الجينوم الكاملة ، فإن عدد المنتجات الطبيعية الريزوبية التي كانت تتميز حتى الآن لا يزال صغيراً للغاية مقارنة بالمجموعات المثمرة مثل «البكتيريا الشعاوية- Actinobacteria» أو «البكتيريا المعوية- Enterobacteriales»”.
نتائج مبهرة:
باستخدام الكمبيوتر والتحليل المعلوماتي الحيوي، قرر الفريق البحث عن أي مجموعات جينية للمنتجات الطبيعية داخل جينوم بكتيريا الفاصوليا البرية، وهو ما جعل بحثهم يصل إلى الفازوليسين.
لم يقتصر الأمر على مهاجمة هذه المضادات الحيوية لمجموعة متنوعة من الخلايا البكتيرية، فقد وجد الباحثون أيضًا أنها يمكن أن تدخل البكتيريا وترتبط بالريبوزومات الخاصة بالبكتيريا، حيث تعبث بقدرتها على تخليق البروتينات.و هذه المضادات الحيوية هي فقط الببتيد الثاني المعروف الذي يمكنه القيام بذلك.
وخلص الباحثون إلى أن تنوع أنماط العمل هذه، وهو أمر لم يسبق له مثيل بالنسبة للببتيدات التي تشترك في ميزات كيميائية شائعة، يجعل [هذه الببتيدات الريبوسومية] مجموعة ذات أهمية خاصة للبحث عن مضادات حيوية جديدة.
استخدامات زراعية:
علاوة على خصائصه المضادة للمضادات الحيوية المحتملة، يعتقد الباحثون أنه يمكن أيضًا الاستفادة من المركب لمساعدة النباتات مباشرةً.
يقول سيفيرينوف:
“نأمل أن نظهر أن البكتيريا يمكن أن تستخدم كبروبيوتيك للنبات لأن الفازوليسين سيمنع البكتيريا الأخرى التي يحتمل أن تكون ضارة من النمو في نظام جذر النباتات ذات الأهمية الزراعية.”
مثل البروبيوتيك البشري، يتطلب بروبيوتيك التربة خلط الميكروبات “الجيدة” في الأسمدة، حتى يتمكنوا من حماية البقوليات مثل الفول والبازلاء والحمص والعدس والفول السوداني وفول الصويا من البكتيريا الضارة، مما يسمح لهم بالازدهار.
باستخدام هذه الطريقة ، يمكن أن يساعدنا الببتيد الجديد في يوم من الأيام على زراعة الطعام بشكل أكثر استدامة ، مما يزيد من إنتاجية البقول وقدرتها على مقاومة الآفات.
تم نشر هذا البحث في مجلة Nature Communications.
الخلاصة:
هل تعتقد عزيزي القاريء أن العثور على سلاح جديد ضد مقاومة المضادات الحيوية يعطينا أملًا في القضاء على البكتيريا المستعصية؟
لطالما كانت التفاصيل هي كلمة السر للحل لطالما كانت الإجابة كامنة في مخبأ ليس في الطب فقط بل في كل العلوم وهذا ما حدث في علاقة قد يظن البعض أنها سهلة الفهم وهي علاقتنا بإكسير الحياة الشفاف الأوكسجين فها نحن نرى تسليم جائزة نوبل لعام 2019 لاكتشافات قوية عن العلاقة بين الجسم والأوكسجين وما نحن بصدد عرضه بين أيديكم عزيزي القاريئ هو شرح كامل لما يحدث في الجسم استجابة للأوكسجين. تعتمد كمية خلايا الدم الحمراء المصنعة وسرعة تصنيعها على سلسة من التفاعلات حيث تفرز الكلية هرمون «Erythropoieten» كاستجابة لنقص الأوكسجين تحت تأثير من بروتين «hypoxia inducible factor-1» نحن هنا يغمرنا الشوق لمعرفة تفاصيل تلك المواد وتفاعلها مع الأوكسجين.
هرمون «Erythropoieten»:
هو هرمون يتم إفرازه من كلٍ من الكلية بنسبة(85-90)% ،والكبد بنسبة (10-15)% مسؤول عن نضج خلايا الدم الحمراء في نخاع العظام ويزداد إفرازه في حالات نقص الأوكسجين «hypoxia» وذلك تحت تأثير من بروتين «hypoxia inducible factor-1» الذي يقوم بزيادة إنتاج الهرمون عن طريق التأثير على ترجمة الجين المسؤول عنه، ويقوم الهرمون بدوره بالتأثير على تكون خلايا الدم الحمراء عن طريق زيادتها عدداً ،وكذلك زيادة سرعة الانتقال بين المراحل المختلفة في تكوين الخلايا. عندما يتم إزالة الكليتين من شخص فإنه يعاني من أنيميا شديدة ذلك لإن النسبة المتبقية المفرزة من قبل الكبد تكفي فقط لتكوين ثلث إلي نصف خلايا الدم الحمراء المطلوبة من قبل الجسد. وبذلك يعتمد الجسم على نسبة ذلك الهرمون أشد الاعتماد، الذي بدوره يعتمد على كمية الأوكسجين الواصلة للأنسجة.
بروتين «Hypoxia inducible factor-1» :
1.وظيفته:
قد يكون أخطأ ظنك عزيزي القاريء معتقداً أن كلمة السر في تكوين خلايا الدم الحمراء هو هرمون «Erythropoieten» ولكن ذلك الهرمون ما هو إلى عاقبة من بعض أفعال بروتين صغير يسمى «Hypoxia inducible factor-1» ذلك البروتين له وظيفة قوية في الخلايا حيث أنه يؤثر على سرعة ترجمة الجينات فعُرفَ بإنه «transcription factor عنصر استنساخ» حيث أنه يؤثر فى الجينات المسؤولة المختصة بعملية علاج نقص الأوكسجين مثل تصنيع إوعية دموية جديدة «angiogenesis»، استخدام الجلوكوز لإنتاج الطاقة، تكاثر الخلايا، وكذلك موتها، وكذلك عمليات الأيض. بالإضافة إلى كل ما سبق فإنه يؤثر على إنتاج هرمون «Erythropoieten» لتجتمع كل ما سبق من وظائف في هدف واحد وهو علاج أزمة نقص الأوكسجين بأي شكل ممكن بأقل الخسائر.
2.تركيبه:
ذلك البروتين يتكون من جزئين مختلفين «heterodimer» حيث يتكون من تحت وحدة بيتا وتحت الوحدة ألفا. وهو من عائلة من البروتينات تسمى «Basic helix loop helix transcription factors» حيث أنها تحتوي على ترتيب معين من الأحماض الأمينية يسمح لها بالارتباط بالجينات، وبالتالي التأثير فيها تلك العائلة المتواجدة فى حقيقيات النواة من إنسان، وبنات وحيوان، وغيره. وهي المسؤولة عن الارتباط بجينات الحمض النووي والتأثير على ترجمتهم.
3. تأثير الأوكسجين:
لطالما كانت العلاقة بين كمية الأوكسجين ونسبة ذلك البروتين في الخلية مسألة بحث، ونقاش كبيرة حيث لوحظ أن كمية البروتين تقل مع زيادة الأوكسجين ولكن كيف يحدث ذلك؟!
الإجابة على هذا السؤال تتطلب معرفة مركبين بالغين الأهمية وهما «VHL» و « Proline hydroxylase-2 »
ما هو «VHL»؟
كلمة سر عمل الخلايا هي النظام والتحديد فمن انتهت وظيفته يموت! وللوصول لتحقيق ذلك المبدأ تطلب وجود بعض العضيات مثل «proteosome»المسؤولة عن التخلص من البروتينات منتهية الوظيفة وهذا بالضبط ما يحدث مع «Hypoxia inducible factor-1» ولكن كيف؟ تأتي كلمة السر المفضلة لدى الخلية وهي التحديد لتفرض نفسها خالقة طريقة منظمة ومحددة للتخلص من البروتينات منتهية الوظيفة وذلك عن طريق وصمها بمركب يسمي «Ubiquitin» الذي يعمل كإشارة بانتهاء حياة ذلك البروتين والمسؤول عن ذلك التأشير هى مركبات تسمى «Ubiquitin ligase» الذي يربط البروتين المرغوب في إعدامه بمركب «Ubiquitin». في الحقيقة عائلة «Ubiquitin ligases» كبيرة جدا متعدة الأفراد أحد أبرز أعضائها هو «VHL» -الذى يعتبر كابح لكثير من السرطانات- الذي يقوم بالدور السابق على أكمل وجه وأظهرت الأبحاث أنه من ضمن البروتينات التي يتفاعل معها مسبباً إعدامها هو صديقنا هنا «Hypoxia inducible factor-1» ولكن كيف أو متى يتم الارتباط؟ هنا يأتي الإنزيم «Proline hydroxylase-2» الذي يضيف مجموعة هيدروكسيل إلى أحماض أمينة اسمها «Proline»، وتتم تلك الإضافة تحديداً في تحت الوحدة ألفا ذلك التفاعل يعتمد بنسبة 100% على نسبة الأوكسجين الموجودة حيث في حالة توافر الأوكسجين يحدث ذلك التفاعل. بعد إتمام ذلك التفاعل يستطيع مركبنا «VHL» التعرف على «Hypoxia inducible factor-1» وتكملة سلسلة التفاعل حتى يتم تدميره.
تحكم الأكسجين في عملية التحلل لبروتين الـ HIF-1a
وبذلك عزيزي القارئ تكونت لديك فكرة كاملة عن كل المراحل الجزيئية التي يحدثها الجسم استجابةً الأوكسجين. والواجب ذكره أن بروتيننا العزيز «Hypoxia inducible factor-1» له جانب مظلم؛ فنظرا لقدرته القوية على التأثير على الكثير من الجينات تقوم خلايا السرطان باستغلاله حتى يصل الأوكسجين إلى الأجزاء فقيرة الأوكسجين من الورم، وكذلك قد ينتشر السرطان عن طريق ما يصنعه من أوعية دموية جديدة مما يعزز من قدرة السرطان المرضية التدميرية فما بين أيدينا من فهمٍ واعٍ للتفاصيل يجعل الأمل في علاج الكثير من الأمراض الفتاكة ليس بسرابٍ بل باحتمال قوي وارد الحدوث.
تكيف الخلايا مع الأكسجين يفوز بـ جائزة نوبل الطب 2019
بفضل العمل الرائد لهؤلاء الحائزين على جائزة نوبل، تعرفت البشرية على كيفية تنظيم مستويات الأكسجين المختلفة للعمليات الفسيولوجية الأساسية، فاستحق تكيف الخلايا مع الأكسجين أن يفوز بـ جائزة نوبل الطب 2019، ولكن ماذا حدث بالضبط؟ وما دور هؤلاء العلماء في الاكتشاف في نوبل الطب 2019 ؟ وما أهميته حقًا؟ سنتعرف في هذا المقال على آلية تكيف الخلايا مع تغير مستويات الأكسجين ونجيب على كل ما سبق من أسئلة تدور في بال متابعينا.
جائزة نوبل الطب 2019:
جاءت الاكتشافات الجوهرية التي قام بها الحاصلون على جائزة نوبل لعام 2019 عن واحدة من أهم آليات العمليات الأساسية في الحياة، فقد وضعوا حجر الأساس لفهمنا لكيفية تأثير مستويات الأكسجين على عملية الأيض الخلوية والوظيفة الفسيولوجية. أيضًا مهدت اكتشافاتهم الطريق لاستراتيجيات جديدة واعدة لمكافحة العديد من الأمراض مثل فقر الدم والسرطان وغيرهم.
تبدأ قصة هذا الاكتشاف بالعنصر الهام والمعروف والأساسي للحياة على الأرض، وهو الأكسجين. يشكل الأكسجين O2، حوالي خمس الغلاف الجوي للأرض، وهو ضروري للحياة؛ إذ يتم استخدامه بواسطة الميتوكوندريا الموجودة في جميع الخلايا الحية تقريبًا من أجل تحويل الغذاء إلى طاقة مفيدة. كل هذا معروف لكل طالب في المرحلة الابتدائية. إذن فما الجديد؟ وما الذي يستدعي منح جائزة كنوبل لهؤلاء العلماء؟
فوز ويليام جي كلين، غريغ سيمينزا، بيتر راتكليف بجائزة نوبل 2019 في الطب
قصة تكيف الخلايا مع الأكسجين و جائزة نوبل الطب 2019 تبدأ من 1931:
للقصة بداية قديمة، إذ كشف الباحث “أوتو واربرج”، الحائز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 1931، أن هذا التحويل (يقصد به تحويل الغذاء إلى طاقة مفيدة) هو عبارة عن عملية إنزيمية، ولاحقًا تم الكشف عن آليات تضمن توفير كمية كافية من الأكسجين للأنسجة والخلايا.
الاستجابة الفسيولوجية الأساسية لنقص الأكسجة تتمثل في ارتفاع مستويات هرمون EPO «الإريثروبويتين-Erythropoietin»، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج خلايا الدم الحمراء (الكريات الحمر). من هنا، ظهرت أهمية السيطرة الهرمونية على الكريات الحمر والتي عُرفت بالفعل في بداية القرن العشرين، ولكن بقاء هذه العملية نفسها تحت سيطرة الأكسجين بقيت لغزًا سنكشفه لك عبر مقالنا.
كيف يتم تنظيم جين EPO؟
باستخدام الفئران المعدلة وراثيًا، عرض «جريج سيمينزا-Greg Semenza» قطع الـ DNA محددة تقع بجانب جين EPO تتجاوب مع نقص الأكسجين، فدرس «بيتر راتكليف» أيضًا التنظيم المعتمد على الأكسجين لجين EPO، ووجدت كلتا المجموعتين البحثيتين أن آلية استشعار الأكسجين كانت موجودة في جميع الأنسجة تقريبًا، وليس فقط في خلايا الكلى التي يتم فيها إنتاج EPO بشكل طبيعي. كانت هذه نتائج مهمة وتُبين أن الآلية كانت عامة ووظيفية في العديد من أنواع الخلايا المختلفة.
في خلايا الكبد المزروعة، اكتشف العالم سيمنزا مركب هام وهو مركّب بروتيني يرتبط بجزئ الحمض النووي بطريقة تعتمد على الأكسجين، ودعي هذا المركب باسم الـ(HIF) أو «العوامل المحفّزة لنقص الأكسجين-Hypoxia-inducible factors».
كيف مهدت أعمال العالم سيمينزا الطريق؟
بدأ سيمينزا جهود مكثفة في تنقية مُركّب الـ HIF لمعرفة ماهيته، وفي عام 1995، تمكن من نشر بعض النتائج الرئيسية، بما في ذلك تحديد الجينات التي ترمز بروتين الـ HIF. وتم معرفة مكونات بروتين الـ HIF بنجاح، فعرفنا أنه يتكون من بروتينين مختلفين مرتبطين بالحمض النووي، تمت تسميتهم بعوامل النسخ (HIF-1α و ARNT).
أمكن للباحثين حينئذ البدء في حل اللغز، فقد فتحت أعمال سيمنزا الباب لفهم المكونات الإضافية المشاركة، وكيف تعمل الآلية. فقد لاحظ الباحثون أن ارتفاع مستويات الأكسجين، يصحبه نقص في محتويات الخلايا من الـ HIF-1α، وأن انخفاض مستويات الأكسجين، يصحبها ارتفاع في كمية الـ HIF-1α بحيث يمكن ربطهما سويًا بشكل عكسي، وبالتالي يمكن ربطهما بتنظيم جين الـ EPO والجينات الأخرى الملازمة لقطع المادة الوراثية الخاصة بالـ HIF. ثم أظهرت عدة مجموعات بحثية أن «HIF-1α» -والذي عادة ما يتحلل ويتكسّر بسرعة- محمي من التحلل والتكسير مع نقص الأكسجة، وهو أمر غريب!
إذن فكيف يتحلل بروتين الـ «HIF-1α» وتقل نسبته عند ارتفاع مستويات الأكسجين في الخلية؟
هنا قصة أخرى لا تقل في روعتها عن قصة سيمنزا وراتكليف، إذ اكتشف الثلاثي Aaron Ciechanover وAvram Hershko وIrwin Rose آلية تُعرف باسم ال Proteasome وحصلوا عن كشفهم هذا جائزة نوبل عام 2004 في الكيمياء، وتعمل تلك الآلية على تكسير بروتين الـ «HIF-1α»، عند مستويات الأكسجين الطبيعية والمرتفعة، إذ يتم إضافة ببتيد صغير يُدعى اليوبيكويتين، إلى بروتين HIF-1α، ويعمل اليوبيكويتين كعلامة وإشارة للبروتينات الموجهة لتكسير وتحليل بروتين الـ«HIF-1α». ولكن تظل كيفية ارتباط اليوبيكويتين بـ HIF-1α بطريقة تعتمد على الأكسجين مسألة مركزية وغامضة لكنها مؤكدة!
إذن، فما قصة الباحث ويليام كيلين؟ ولماذا حصل على نوبل معهم؟
في نفس الوقت الذي كان سيمينزا وراتكليف يكشفان عملية تنظيم جين الـ EPO، عكف باحث السرطان ويليام كيلين جونيور على كشف أسرار حالة وراثية غريبة، تُعرف باسم (VHL) «فون هيبل لينداو-Von Hippel Lindau»، وهي حالة مرضيّة تؤدي لزيادة كبيرة في خطر الإصابة ببعض أنواع السرطان في العائلات التي تحمل طفرات الـ VHL الموروثة.
هل هناك علاقة تربط بين VHL وHIF-α1؟
اكتشف كايلين أن جين VHL ينتج بروتينًا يمنع ظهور السرطان، ووجد أيضًا أن الخلايا السرطانية التي تفتقر إلى جين الـ VHL الوظيفي السليم، تعبر -بشكل غير طبيعي- عن مستويات عالية من الجينات المنظمة لنقص الأكسجة؛ ولكن عندما أعيد إدخال جين الـ VHL في الخلايا السرطانية، استعادت المستويات الطبيعية. كان هذا دليلًا مهمًا يوضح أن جين الـ VHL متورطًا بطريقة ما في التحكم في الاستجابة لنقص الأكسجة.
إذن فما دور العالم راتكليف؟
أظهرت أدلة إضافية من عدة مجموعات بحثية أن جين الـ VHL هو جزء من مجموعة معقّدة من البروتينات التي تعمل مثل اليوبيكويتين، فتكسر وتحلل الHIF-α1، إلى أن استفاد راتكليف من أعمال كايلين وقام هو ومجموعته البحثية بعد ذلك باكتشاف رئيسي يثبت أن VHL يمكن أن يتفاعل مع HIF-1α لتكسيره وتحليله في مستويات الأكسجين الطبيعية. وهو ما ربط بين الـ VHL وHIF-α1 بشكل قاطع. وبالرغم من كشف الكثير من قطع اللعبة، إلا أنه ما زال ينقصنا فهم كيفية تنظيم مستويات الأكسجين للتفاعل بين VHL و HIF-1α حتى ذلك الوقت!
ركز البحث على جزء معين من بروتين HIF-1α المعروف بأهميته في التحلل المعتمد على جين الـ VHL، وقد اشتبه كل من كايلين وراتكليف في أن مفتاح استشعار الأكسجين يتواجد في مكان ما في هذا البروتين.
هل تم حل اللغز؟
في عام 2001، نشر العالمين في وقت واحد بحثين علميين يقولان بأنه يتم إضافة مجموعات الهيدروكسيل في موقعين محددين في الـ HIF-1α في ظل مستويات الأكسجين الطبيعية. يسمح هذا التعديل للبروتين -والذي يسمى «prolyl hydroxylation»- للـ VHL بالتعرف على الـ HIF-1α والارتباط به، وهو ما كشف عن دور الهيدروكسيل في التحفيز الجيني لبروتين الـ HIF-1α وبالتالي تم تفسير كيفية تحكم مستويات الأكسجين الطبيعية في التحلل السريع لـ HIF-1α بمساعدة إنزيمات حساسة للأكسجين (البروليل هيدروكسيليز)، ليُحل اللغز!
تحكم الأكسجين في عملية التحلل لبروتين الـ HIF-1a
ما أهمية الاكتشاف في حياتنا؟
إن جهاز المناعة لدينا يتم ضبطه هو والعديد من الوظائف الفسيولوجية الأخرى بواسطة استشعار خلايانا للأكسجين. فقد ثبت أن استشعار الأكسجين ضروري أثناء نمو الجنين للسيطرة على تكوين الأوعية الدموية الطبيعية وتطور المشيمة. وتشمل الأمثلة الأخرى للعمليات التكيفية التي يتحكم فيها استشعار الأكسجين في توليد أوعية دموية جديدة وإنتاج خلايا الدم الحمراء.
إن استشعار الأكسجين أمر أساسي لعدد كبير من الأمراض، على سبيل المثال، المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي المزمن غالبا ما يعانون من فقر الدم الحاد بسبب انخفاض تعبير الـ EPO، إذ ينتج الـ EPO بواسطة خلايا في الكلى وهو ضروري للسيطرة على تكوين خلايا الدم الحمراء.
هل للآليات المنظمة للأكسجين دور في السرطان؟
في الأورام، يتم استخدام الآلية المنظمة للأكسجين لتحفيز تكوين الأوعية الدموية وإعادة تشكيل الأيض من أجل الانتشار الفعال للخلايا السرطانية، وتركز الجهود المستمرة والمكثفة في المختبرات الأكاديمية وشركات الأدوية على تطوير عقاقير يمكنها أن تتداخل مع حالات مرضية مختلفة إما عن طريق تنشيط أو تثبيط آلية استشعار الأكسجين. من يعلم، فقد يحمل الكشف علاج نهائي لمرض طالما حلمنا بالقضاء عليه.
Semenza, G.L, Nejfelt, M.K., Chi, S.M. & Antonarakis, S.E. (1991). Hypoxia-inducible nuclear
factors bind to an enhancer element located 3’ to the human erythropoietin gene. Proc Natl
Acad Sci USA, 88, 5680-5684
Wang, G.L., Jiang, B.-H., Rue, E.A. & Semenza, G.L. (1995). Hypoxia-inducible factor 1 is a
basic-helix-loop-helix-PAS heterodimer regulated by cellular O2 tension. Proc Natl Acad Sci
USA, 92, 5510-5514
Mircea, I., Kondo, K., Yang, H., Kim, W., Valiando, J., Ohh, M., Salic, A., Asara, J.M., Lane,
W.S. & Kaelin Jr., W.G. (2001) HIFa targeted for VHL-mediated destruction by proline
hydroxylation: Implications for O2 sensing. Science, 292, 464-468
Jakkola, P., Mole, D.R., Tian, Y.-M., Wilson, M.I., Gielbert, J., Gaskell, S.J., von Kriegsheim,
A., Heberstreit, H.F., Mukherji, M., Schofield, C.J., Maxwell, P.H., Pugh, C.W. & Ratcliffe,
P.J. (2001). Targeting of HIF-a to the von Hippel-Lindau ubiquitylation complex by O2-
regulated prolyl hydroxylation. Science, 292, 468-472
تقنية جديدة في علم المناعة مرشحة لجائزة نوبل في الطب لهذا العام، يتألف جهاز المناعة من أجزاء عديدة تعمل معاً للدفاع عن الجسم ضد الأمراض التي تنتج عن غزو الممرضات أو السموم للجسم البشري.
والممرضات هي الكائنات المسببة للمرض مثل البكتيريا والفيروسات، يهاجم جهاز المناعة المواد الغريبة عبر سلسلة من الخطوات تسمى «الاستجابة المناعية-immuno response»، وتسمى المواد التي تحفز الاستجابة المناعية المستضدات، وتدخل أنواع عديدة من الخلايا في الاستجابة المناعية، منها اللمفاويات والخلايا المهيئة للمستضدات.
تتميز الخلايا اللمفاوية بامتلاكها لمستقبلات نوعية للمستضدات المختلفة، ويعتمد انتاج هذه المستقبلات على الخلط العشوائي لعدد محدود من الجينات التي تشفر الارتباط بالمستضد من المستقبل المناعي، ونتيجة لهذا الخلط العشوائي فإن جزءًا من «الخلايا التائية والبائية-T and B lymphocytes» تحمل مستقبلات تتعرف على المستضدات الذاتية (خلايا وبروتينات الجسم) وتسمى بـ «الخلايا الذاتية التفعيل self-reactive cells»، وتنتج تلك الخلايا عند تفعيلها استجابة مناعية ضد خلايا وأنسجة الجسم الطبيعية وهذا ما يسمى بـ «المناعة الذاتية-autoimmunity»، وللحيلولة دون النتائج الوخيمة مثل تطور أمراض المناعة الذاتية هناك آلية تكبح تلك الخلايا وتحول دون تفعيلها وتسمى تلك الآلية بالتحمل المناعي.
التحمل المناعي :
هو قدرة الجهاز المناعي على التعرف على المستضدات التي يتم إنتاجها ذاتيًا على أنها غير تهديد مع القيام في الوقت المناسب بتكوين استجابة لمواد غريبة.
هذا التوازن بين الدفاع والتحمل المناعي أمر بالغ الأهمية للوظائف الفسيولوجية الطبيعية وللصحة العامة.
هناك تحمل مناعي للمستضدات الذاتية يطلق عليه بـ «التحمل الذاتي-self tolerance»، وهناك «تحمل مناعي للمستضدات الغريبة-Non self tolerance».
ينشأ التحمل المناعي الذاتي مبكرًا في طور الحياة الجنينية حيث يتعرف الجهاز المناعي للجنين على المستضدات الموجودة في جسم الجنين على أنها مستضدات ذاتية فلا تحدث استجابة مناعية ضدها، وينتج التحمل الذاتي من التخلص من «الخلايا الليمفاوية ذاتية التفعيلself-reactive lymphocytes» أو تعطيلها وتثبيطها خلال نموها وتمايزها في نخاع العظام أو الغدة «الصعترية-Thymus» وهذا ما يسمى بـ «التحمل المركزيcentral tolerance»، أو في الأنسجة الطرفية وهو ما يسمى بـ «التحمل الطرفي-peripheral tolerance».
مرض التحمل الذاتي:
أخطاء التحمل الذاتي ينجم عنها اضطراب في المناعة الذاتية مثل مرض الاضطرابات الهضمية، «مرض السكري من النوع الاول-Diabetesmellitus type 1»، «مرض التهاب الأمعاء-Inflammatory Bowel Disease»، «التصلب المتعدد-Multiple sclerosis» على سبيل المثال لا الحصر.
آليات التحمل الذاتي قد تشكل عائق أمام التدخلات العلاجية، توجد صعوبة بعد إجراء عمليات الزرع لأن الجهاز المناعي قد يتعرف على مستضدات الشخص المانح على أنها غريبة، لذلك فإن التلاعب المناعي تجاه تحمل الأنسجة المزروعة معبراً عن المستضدات غير الذاتية سوف يقلل من الرفض.
وعلى العكس من ذلك، فإن الاستجابة المناعية للخلايا السرطانية تضعف بسبب الاستجابة المناسبة للتحمل لأن الخلايا السرطانية تعبر عن المستضد الذاتي، في هذه الحالة، يتطلب العلاج المناعي الفعال ضد السرطان كسر آليات التحمل الذاتي.
الآثار المترتبة على البحث عن المستضد الذاتي والتحمل الذاتي هو تحدي رئيسي يواجهه الباحثون عند توليد أجسام مضادة ضد مستضدات التماثل العالية، توليد استجابة كافية لمستضد يتطلب التغلب على آليات التحمل الذاتي، وبسبب أن هذه مهمة شاقة، فقد طورت GenScript تقنية خاصة للقيام بذلك.
تستخدم تقنية ImmunoPlus الخاصة بنا أجهزة المناعة الرئيسية للتحايل على آليات التحمل الذاتي والسماح لـ B-Cells بتوليد «أجسام مضادة-Antibodies» عالية التقارب.
الأجسام المضادة البديلة هي مجرد مثال واحد حيث تكون هناك حاجة إلى أجسام مضادة للمستضدات الذاتية ذات التماثل العالي.
يمكن أن تكون الأجسام المضادة البديلة وسيلة لاختبار السلامة وفعالية الأجسام المضادة العلاجية البشرية في فئران التجارب.
استهداف المستضد المرتبط في الفئران باستخدام الأجسام المضادة التي تم إنشاؤها بواسطة الفئران يمكن أن يوفر بعض الفهم للجسم المضاد المتوافق مع البشر في النظام البشري، على وجه التحديد، يمكن تقدير درجة السمية والفعالية واستقراء النموذج البشري.
موسم نوبل هو احتفال بالعلوم، تحوز اهتمام العامة والهواة بالضبط كما يفعل المتخصصون في نطاقاتهم البحثية، وذلك لأن نوبل كانت دائمًا الجائزة الأكثر “أناقة” وأهمية خلال قرن مضى، ولذلك فهي دائمًا فرصة ذهبية لجذب الناس إلى حب العلوم وعوالمها المثيرة حقًا.
وبعد أن تم الإعلان عن توقعات جائزة نوبل، ووفقًا لمجلة Genscript فإن تقنية ImmunoPlus مرشحة لنيل جائزة نوبل لهذا العام 2019.
هل يمكن للعلاج المناعي أن يُعالج الأمراض بجانب السرطان ؟ أدى العلاج المناعي إلى عملية تحول في الرعاية الخاصة بالسرطان.
الآن قد بدأ استخدام الأدوات والمعارف الجديدة التي خلقتها هذه الاستراتيجية -من خلال تحفيز جهاز المناعة في الجسم- لعلاج الأمراض بدايةً من أمراض المناعة الذاتية إلى منع رفض الأنسجة في عمليات زرع الأعضاء. يقول الباحثون أنه رغم أنَّ هذه الطريقة لا تزال تقتصر على المختبرات العلمية، فإن استعمالها خارج نطاق السرطان ينطوي على إمكانات هائلة، لأن الجهاز المناعي له دور رئيسي في كل عضو وفي العديد من الحالات الصحية.
يقول جوناثان إبستين، طبيب القلب في النظام الصحي بجامعة بنسلفانيا :
“إنَّ الفرصة متاحة لنقل ما نسميه الثورة المناعية إلى ما بعد السرطان”.
ففي أحد أنواع العلاج المناعي للسرطان، يتم إزالة الخلايا المناعية المسمّاة الخلايا التائية من الجسم، بعد ذلك يتم برمجتها أو هندستها مجددًا لاستهداف الخلايا التي لا يوجد فيها سوى السرطانات. كما أنَّ تلك الخلايا التي تُدعى خلايا (CAR-T)، أثبتت فعاليتها الفائقة في مكافحة بعض أنواع سرطان الدم، وخصوصا اللوكيميا اللمفاوية الحادة.
تقول مارسيلا ماوس، مديرة العلاج المناعي الخلوي في مركز السرطان في مستشفى ماساتشوستس العام وأستاذة مساعدة في كلية الطب بجامعة هارفارد:-
“لقد كان السرطان خطوة منطقية أولى للعلاج المناعي. لا جدال في الحاجة الى علاج السرطان لإطالة العمر. لكن هناك تردد في خوض المجازفات لمحاربة الأورام التي قد تكون قاتلة. لذلك فمن المرجح أن يكون الأطباء أكثر حذرًا في مكافحة الأمراض ذاتية المناعة، والتي يمكن أن تكون مروِّعة. لكن الآن وبعد أن أثبت العلاج المناعي نجاحه في علاج السرطان، فمن المنطقي أن ندفعه إلى أمراض أخرى.”
وفي موضعٍ آخر، تستعد مجموعة تقودها آيمي بايني طبيبة الجلدية، لإجراء تجارب على البشر باستخدام خلايا تائية (T cells) معاد برمجتها لمعالجة مرض جلدي ناشيء عن المناعة الذاتية يدعى الفقاع أو Pemphigus. في أحد الأشكال الجانبية لهذا المرض الذي يصيب حوالي 4 آلاف أمريكي، ينتج جهاز المناعة أجسام مضادة للبروتينات التي تُبقي الجلد متماسكًا، مما يؤدي إلى وجود بثور مؤلمة.
ما فعتله بايني وزملاؤها أنها قامت بهندسة الخلايا التائية مباشرةً لتدمير الخلايا المناعية التي تصنع هذه الاجسام المضادة، وقد بدا عملهم واعدًا في الحيوانات. وقد حاول آخرون من قبل أن يستهدفوا الأجسام المضادة التي تسبِّب هذا المرض الجلدي، ولكن دون جدوى. وتقول باين إنها أكثر تفاؤلًا بشأن الخلايا التائية المُهندسة التي تستخدمها، والتي تطلق عليها اسم خلايا CAAR-T (مع “A” إضافية)، لأنها قادرة على صنع المزيد من النسخ من نفسها، وبالتالي فإن تأثيراتها قد تدوم لفترة طويلة.
المثير أنه حتى العلاجات المناعية التي تدوم عقودًا من الزمن تُلهم العمل الحالي. ففي باريس يجري ديفيد كلاتزمان، وهو عالم مناعة في جامعة السوربون، تجارب لعلاج اضطرابات المناعة الذاتية باستخدام مستويات منخفضة من الإنترلوكين2 (IL-2)، والذي استُخدِم لأول مرة لعلاج السرطان في منتصف عام 1988. وفي ذلك الوقت، تبيَّن أنَّ الجرعات العالية من الـ IL-2 فعالة في بعض الاورام -وخصوصًا سرطان الكلى والميلانوما- لكنها سبَّبت آثارًا جانبية مروِّعة.
ويشير بحث كلاتزمان إلى أنَّ الجرعات المنخفضة قد تكون قادرة على علاج مجموعة واسعة من حالات المناعة الذاتية من خلال تعزيز مستويات نوع من الخلايا يسمى الخلايا التائية التنظيمية (T-reg)، والتي تقلل الاستجابة المناعية بشكل طبيعي. فهو يستخدم العلاج المناعي ليقمع الجهاز المناعي. وذلك عكس ما يفعله الباحثون في مجال السرطان.
والواقع أنَّ جامعة كلاتزمان ومؤسستين فرنسيتين أخريين تمتلكان براءة اختراع تتعلق بالجرعة المنخفضة من الانترلوكين2. ويقول إنَّ الانترلوكين2 هو الجزيء الوحيد الذي يُنشِّط الخلايا التنظيمية (T-reg)، كما أن هنالك نقص في خلايا T-reg في كل مرض مناعي تقريبًا وأيضًا في الالتهابات. وهو الآن يختبر نهجه في المرحلة الثانية من التجارب الإكلينيكية لأمراض المناعة الذاتية، بما في ذلك الذئبة والسكري من النمط 1 والتصلب المتعدد.
يقول جيروم ريتز، الذي يدير مختبرًا لتصنيع الخلايا في معهد دانا فاربر للسرطان، إن خلايا CAR-T مع خلايا خلايا T-reg المهندسة يمكن استخدامها أيضًا ضد الالتهاب أو في مرضى عمليات زرع الأعضاء لمنع الرفض. وعلى الرغم من أن عمليات زرع الخلايا الجذعية يمكنها أن تشفي بعض سرطانات الدم، ولكنها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى ضرر مميت، حيث تهاجم الخلايا المناعية من المتبرع المتلقي.
ومؤخرًا قام إبستين، طبيب بنسلفانيا، بهندسة الخلايا التائية في الفئران لكي تهاجم الخلايا التي تنتج ندوبًا بعد أن يعاني القلب من ضرر ما. وهذه الندوب، المعروفة بالتليف، تمنع القلب في البداية من التمزق، لكنها يمكن أيضًا أن تعيق قدرة العضو على ملء جسمه بالدم والمضخة بفعالية.
كان نهج إبستين ناجحًا في الفئران، فأدى إلى تقليص كمية الأنسجة الندبة، وهي دراسة نشرت مؤخرًا، ويأمل إبستين أن يختبر الطريقة في الحيوانات الكبيرة ولكن بعض الخبراء ما زالوا متشككين. يقول إريك توبول، طبيب القلب ونائب الرئيس التنفيذي لمعهد بحوث سكريبس، أنه يشك في أن نهج إبستين سينجح في البشر.
يقول توبول:
“إنه علم مثير للاهتمام، ولكن الذكاء الاصطناعي بعيد كل البعد عن التأثير على المصابين بمرض القلب”. ويذكر ان العديد من العلاجات التي تنفع في الفئران لا تترجم بشكل جيد في الناس.”
ولكن وحتى لو لم ينجح هذا العمل على وجه التحديد، فإن إبستين وآخرون يقولون إن النهج الأكبر لا يزال ساري المفعول: فتعلُّم كيفية التعامل مع الجهاز المناعي لمكافحة السرطان علَّم الباحثين المعلومات التي يمكنهم استخدامها الآن لمكافحة أمراض تتراوح بين العدوى والتهاب المفاصل.
وتوافق ماوس قائلةً:
“أعتقد أننا نعيش لحظة يؤدي فيها هذا النوع من العلم -هذا النوع من الخلايا T التي يمكن هندستها- إلى تحوُّل. ويمكن تطبيقها في العديد من السياقات والأمراض المختلفة. ولكن أعتقد أنه لا يزال من المبكر بعض الشيء أن نعرف ما إذا كان سيكون منتجًا تجاريًا للمرضى أم لا.”
ختامًا نتمنى أن نصل يومًا إلى إجابة سؤالنا بشأن الموضوع أنه هل يمكن للعلاج المناعي أن يُعالج الأمراض بجانب السرطان ؟ لا نجيب فقط بل ونحقق مبتغانا في ذلك.
وجد باحثون في دراسة جديدة أن وقت الإصابة بمرض فقر الدم- وهي حالة شائعة في أواخر الحمل- يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا للجنين النامي. لقد وجدوا صلةً بين فقر الدم المبكر وزيادة خطر الإصابة بالتوحد، اضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط، والتخلف العقلي عند الأطفال. لكن فقر الدم المكتشف قرب نهاية الحمل لم يكن له نفس الارتباط.
أجرى البحث فريق من معهد كارولينسكا.
يعاني ما يتراوح بين 15 إلى 20 في المائة من النساء الحوامل في جميع أنحاء العالم من فقر الدم الناجم عن نقص الحديد والّذي ينتُجُ عنه انخفاض قدرة الدم على حمل الأكسجين الذي يحدث غالبًا بسبب نقص الحديد.
يتم تشخيص فقر الدم في الغالبية العظمى في نهاية الحمل، عندما يأخذ الجنين سريع النمو الكثير من الحديد من الأم.
في الدراسة الحالية، درس الباحثون تأثير توقيت تشخيص فقر الدم على نمو الجنين. ركزوا على ما إذا كان هناك ارتباطٌ بين التشخيص المبكر للمرض في الأم وخطر الإصابة بـ «التخلف العقلي-Intellectual Disability (ID)»، «التوحد-Autism»، و«اضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط-Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD)» في الطفل.
عمومًا، يتم تشخيص عددٍ قليلٍ جدًا من النساء بفقر الدم في وقت مبكر من الحمل. في هذه الدراسة الّتي شملت حوالي 300,000 أمٍ وأكثر من نصف مليون طفلٍ مولود في السويد بين عامي 1987 و 2010، تم تشخيص أقل من 1% من بين جميع الأمهات بمرض فقر الدم قبل الأسبوع الحادي والثلاثين من الحمل. من بين 5.8% من الأمهات الّلاتي تم تشخيصهن بفقر الدم، تلقت 5% فقط التشخيص في وقتٍ مبكر.
ووجد الباحثون أن الأطفال الذين يولدون لأمهاتٍ مصاباتٍ بفقر الدم تم تشخيصهن قبل الأسبوع الحادي والثلاثين من الحمل معرضون لمخاطر أكثر إلى حدٍ ما للإصابة بالتوحد واضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط بالإضافة لخطر الإصابة بالتخلف العقلي، هذا مقارنةً بالأطفال المولودين لأمهاتٍ صحيحاتٍ وأولئك المولودين لأمهاتٍ أصِبنَ بمرض فقر الدم في وقتٍ لاحقٍ من الحمل.
من بين الأمهات المصابات بفقر الدم في وقت مبكر، تم تشخيص 4.9% من الأطفال الذين يعانون من مرض التوحد مقارنة مع 3.5% من الأطفال الذين يولدون لأمهاتٍ صحيحات. كما تم تشخيص 9.3% باضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط مقارنة مع 7.1% مولودين لأمهاتٍ صحيحات. و 3.1% تم تشخيصهم بتخلف عقلي مقابل 1.3% من الأطفال المولودين للأمهاتٍ لم يُصَبنَ بمرض فقر الدم.
استنتج الباحثون إلى أن خطر التوحد عند الأطفال المولودين لأمهاتٍ مصاباتٍ بمرض فقر الدم المبكر كان أعلى بنسبة 44% مقارنة مع الأطفال المولودين لأمهاتٍ لم يُصَبنَ بفقر الدم، وكان خطر اضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط أعلى بنسبة 37%، وخطر التخلف العقلي كان أعلى بنسبة 120%.
تؤكد النتائج على أهمية الفحص المبكر لمستوى الحديد وطلب المشورة الغذائية.
تتطور أجزاءٌ مختلفةٌ من الدماغ والجهاز العصبي في أوقاتٍ مختلفةٍ أثناء الحمل، وبالتالي فإن التعرض لفقر الدم في وقت مبكر قد يؤثر على الدماغ بشكل مختلف مقارنةً بالتعرض له في أوقاتٍ لاحقة.
مؤلف هذه الدراسة هي رينيه غاردنر، منسقة المشروع في «قسم علوم الصحة العامة-Department of Public Health Sciences» في معهد كارولينسكا.
تم نشر الدراسة في مجلة «JAMA Psychiatry».
عكس آثار عام من التدهور الإدراكي لمرضى الزهايمر في شهرين. حيث في إطار الجهود المستمرة للسيطرة على مرض الزهايمر وعلاجه، فإن أحد أكثر طرق الأبحاث الواعدة هو استخدام الموجات الكهرومغناطيسية لعكس فقدان الذاكرة وقد أظهرت دراسة صغيرة باستخدام هذا الأسلوب بعض النتائج المشجعة. حيث شملت الدراسة ثمانية مرضى فقط على مدى شهرين، لذلك لا يمكننا أن نكون متحمسين للغاية بعد، لكن الباحثين رأوا أداءً إدراكيًا معززًا في سبعة من المشاركين.
طريقة العلاج المستخدمة:
في هذه الحالة، تم تزويد المتطوعين – الذين يعانون جميعًا من مرض الزهايمر بصورته الخفيفة إلى المعتدلة – بما يسمى غطاء الرأس (MemorEM)، والذي يستخدم بواعث تم تطويرها خصيصًا لإنشاء تدفق مخصص للموجات الكهرومغناطيسية عبر الجمجمة. يتم تطبيق العلاج مرتين يوميًا لمدة ساعة، ويمكن تطبيقه بسهولة في المنزل.
الشركة المطورة للعلاج:
حيث يتم تطوير جهاز (MemorEM) بواسطة (NeuroEM Therapeutics)، ويجب أن نشير إلى أن اثنين من مؤلفين الدراسة الجديدة وراء تأسيس الشركة – لذلك هناك بعض المصالح التجارية المكتسبة هنا. ومع ذلك، فقد أنتج البحث ورقة بحثية حاصلة على «مراجعة النظراء-peer reviewed»، ويظهر بعض النتائج التي تستحق بالتأكيد التدقيق المستقبلي.
أدلة على نجاح العلاج:
يقول عالم الأحياء جاري أريندش ، الرئيس التنفيذي لشركة (NeuroEM Therapeutics).
“ربما يكون أفضل دليل على أن شهرين من العلاج كان له تأثير مهم سريريًا على مرضى الزهايمر في هذه الدراسة هو أن أيا من المرضى لم يريدوا إعادة جهاز الرأس إلى مؤسسة جامعة جنوب فلوريدا / بيرد للزهايمر بعد الدراسة.
وفقا لأرينداش، قال أحد المرضى:
“لقد عدت”.
تفاصيل الدراسة:
تعتمد الدراسة على الأبحاث السابقة التي أجراها نفس الفريق الذي ركز على الفئران، والتي أظهرت أن هذا العلاج الكهرومغناطيسي عبر الجمجمة (TEMT) كان قادر على الحماية من فقدان الذاكرة، وحتى عكسه في القوارض المسنة. وبناءً على الأدلة حتى الآن، يبدو أن (TEMT) يمكنه تحطيم بروتينات الأميلويد بيتا وتاو السامة التي تم ربطها على نطاق واسع بمرض الزهايمر – يبدو أن الموجات قادرة على زعزعة استقرار روابط الهيدروجين الضعيفة التي تجمعها معًا. هذه البروتينات تسد الدماغ بشكل أساسي ، كما يعتقد العلماء ، وتختنق وتدمير الخلايا العصبية التي نعتمد عليها في التمسك بالذكريات ، وتحويل الأفكار إلى خطاب ، والتوصل إلى ما نحن فيه في العالم.
وباستخدام مجموعة من الاختبارات المقبولة بشكل شائع المصممة لقياس الخرف، وجد أن تأثير الموجات الكهرومغناطيسية “كبير وذو أهمية سريرية”. حيث يمتد مقياس (ADAS-Cog) هذا من خمسة في المتوسط لشخص ما دون مرض الزهايمر، إلى 31 في المتوسط لمن يعانون من مرض الزهايمر، ولاحظت الدراسة حدوث تحول متوسط لأكثر من أربع نقاط في سبعة من أصل ثمانية متطوعين. حيث يتطابق هذا التحول ذو النقاط الأربع مع نوع التراجع العقلي الذي قد تتوقعه عند مرضى الزهايمر على مدار عام، لذلك كان الأمر كما لو أن عامًا من تأثير الزهايمر على التفكير العقلي قد تراجعت في غضون شهرين فقط.
مميزات العلاج:
ميزة هذا النوع من العلاج هو أنه يمكن أن يستهدف البروتينات السامة بشكل مباشر وفعال. وهذا شيء تكافح الأدوية الحالية من أجله، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى حاجز الدم في الدماغ المصمم للحفاظ على أدمغتنا محمية من أجسام غريبة. وما هو أكثر من ذلك ، أظهرت الدراسة أن الأشخاص الثمانية لم يظهروا أي آثار جانبية أو أي علامات على تلف الدماغ الناجم عن علاج (TEMT).
المرحلة القادمة من العلاج:
يتم تجربة أساليب مماثلة من قبل شركات أخرى – بما في ذلك (Neuronix)، والتي تطبق تقنيات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة عبر غطاء الرأس. لا يزال أمامنا طريق طويل، لكن العلامات تبشر بالخير حتى الآن. وتضم المرحلة التالية هي تجربة أكبر تضم عددًا أكبر من المتطوعين الذين يعانون من مرض الزهايمر، وتوجد لدى (NeuroEM Therapeutics) خطط لإجراء تجربة سريرية تضم 150 مشاركًا في وقت لاحق من هذا العام. إذا أظهرت هذه التجربة أن العلاج آمن وفعال، فقد تحصل على الموافقة التنظيمية.
تقول عالمة الأعصاب أماندا سميث من جامعة جنوب فلوريدا:
“على الرغم من الجهود الكبيرة التي بذلت منذ ما يقرب من 20 عامًا ، إلا أن إيقاف أو عكس عجز الذاكرة لدى المصابين بمرض الزهايمر استعصى على الباحثين. حيث توفر هذه النتائج دليلًا أوليًا على أن تطبيق علاج (TEMT) التي قمنا بتقييمها في هذه الدراسة الصغيرة لمرض الزهايمر قد تكون لديها القدرة على تحسين الأداء المعرفي لدى المرضى الذين يعانون من المرض في صورته الخفيفة إلى المتوسطة”.
الخاتمة:
هل تعتقد عزيزي القاريء أن عكس آثار عام كامل من التدهور الإدراكي لمرضى الزهايمر في شهرين فقط أمر يدل على قرب انتهاء مرض الزهايمر.
قامت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية بالموافقة على دواء جديد يعالج مرضى السكري، والذي يعرف باسم Rybelsus،على شكل أقراص فموية، وذلك لتعزيز السيطرة على مستويات السكر في مرضى السكري من النوع الثاني، بحيث يتم بالإضافة لصرف الدواء مع المحافظة على ممارسة الرياضة والغذاء المتوازن.
ما الذي يميزه؟
يمتاز هذا الدواء بإنه الشبيه الوحيد لببتيد الجلوكاجون GLP-1 الذي تم الموافقة عليه ليتم إعطاءه عن طريق الفم، على عكس الأنواع الأخرى والتي يتم إعطاؤها عن طريق الحقن. تكمن أهمية هذا الأمر في تسهيل الأمر على مرضى السكري، والذين يريدون أن يقللوا من تأثير مرض السكري على حياتهم قدر الإمكان؛ ليتمكنوا من أن يكونوا أقرب مايمكن من الشخص الطبيعي، نظرا للصعوبة والألم الناتج عن أخذ الحقن بشكل دوري، إضافة للخبرة اللازمة لصرف الحقنة بشكل صحيح، وصعوبة الصرف الذاتي لها أحيانا.
الفعالية والسلامة الدوائية
يقوم Rybelsus بتخفيض السكر في الدم بفاعلية، وقد تم إجراء عدة تجارب سريرية لاختبار فاعلية الدواء، إثنتان منها تتحكم بالعنصر النفسي “الدواء الوهمي”؛ بحيث يتم اختبار الدواء الفعلي على مجموعة من الناس، ويتم اختبار دواء وهمي على مجموعة أخرى، وتكون الفاعلية الحقيقية للدواء هي الفرق بينهما، كما تم اختبار الدواء مقارنة بالأدوية الشبيهة به؛ أي مجموعة GLP-1، وقد تمت دراسته كعلاج منفرد أو كمزيج مع خافضات السكر الأخرى، مثل metformin,sulfonylureas,sodium-glucose co-transporter-2 (SGLT-2) inhibitor ,thiazolidiones. في الدراسات التي تم فيها التحكم في العنصر الوهمي، استطاع Rybelsus أن يقوم بتخفيض مستوى السكر بشكل كبير مقارنة بالدواء الوهمي، وقد تم التأكد من ذلك عن طريق اختبار HbA1c، والذي يستخدم لقياس مستوى السكر في الدم مع الوقت، بعد 26 أسبوع من تناول الدواء انخفض مستوى HbA1c لأقل من سبعة بالمئة، وذلك بنسبة 69% في الأشخاص الذين تناولوا جرعة تقدر بـ 7mg يوميا وبنسبة 77% في الأشخاص الذين تناولوا جرعة تقدر بـ14mg يوميا، وذلك مقارنة بنسبة 31% للمرضى الذين تناولوا الدواء الوهمي.
الأضرار المحتملة
فيجب على الكادر الطبي أن يحذر المرضى من زيادة احتمالية حدوث أورام في الخلايا C في الغدة الدرقية، كما أن Rybelsus لا يجب أن يكون الخيار الأول لعلاج مرضى السكري، ينصح الأشخاص الذين قد أصيبوا سابقا بمرض سرطان الغدة الدرقية النخاعي MTC، أو لهم أقارب قد أصيبوا بهذا المرض بأن لا يتناولوا هذا الدواء، إضافة للأشخاص الذين أصيبوا بمرض أورام الغدد الصماء المتعددة من النوع الثاني MEN2،
Rybelsus ليس مناسبا لمرضى السكري من النوع الأول أو الأشخاص المصابين بتحمض الدم الناتج عن السكري. كما يملك تحذيرا يتعلق بالتهاب البنكرياس، إصابة شبكية العين، هبوط السكر، إصابات الكلية الحادة بالإضافة لردة الفعل التحسسية. من غير المعروف إذا كان الممكن استخدام Rybelsus في المرضى المصابين بالتهاب البنكرياس، كما يزداد خطر الإصابة بهبوط السكر في حالة استخدام Rybelsus كعلاج مزدوج مع sulfonylureas أو الإنسولين.
السكري من النوع الثاني
النوع الثاني من السكري هو النوع الأكثر شيوعا، ويحدث عندما يعجز البنكرياس عن إفراز ما يكفي من الإنسولين، ليحافظ على المستوى الطبيعي للسكر في الدم، وغالبا يعاني مرضى السكري من نقص في الهرمون GLP-1، وهو هرمون طبيعي يتواجد في الجسم، نظرا لكون Rybelsus بطيء الاستقلاب في الكبد، يقوم Rybelsus بمنع الكبد من إنتاج كميات كبيرة من السكر، بالإضافة إلى تعزيزه لإنتاج الأنسولين من البنكرياس.
إرشادات الاستخدام
على ووب استعمال Rybelsus قبل 30 دقيقة من الوجبة الأولى، التحلية أو الأدوية الفموية الأخرى، يتم تناول الدواء مع ما لا يزيد عن 120مللتر من الماء، كما أن عملية استقلابه بطيئة، لذلك يجب على المريض أن يخبر الطبيب بالأدوية الأخرى التي يتناولها قبل أن يبدأ باستخدام Rybelsus. الأعراض الجانبية الأكثر شيوعا هي الغثيان، التقيء، الإسهال، فقدان الشهية، الإمساك والتلبك المعوي.
وجد باحثون في دراسة جديدة أنَّه عندما يتعلق الأمر بتعزيز الصحة العقلية عند كبار السن الصينيين، قد يكون الأمر بسيطًا مثل لعبة «ماه جونغ-Mahjong».
حيث وجدوا أنَّ لعِبَ هذه اللعبة بانتظامٍ هو واحدٌ من عدة أنواع من الاختلاط الاجتماعي المرتبط بتقليل الاكتئاب لدى الأشخاص في منتصف العمر وكبار السن.
أجرى البحث فريقٌ من جامعة جورجيا وأماكن أخرى.
أدت الاتجاهات الاقتصادية والوبائية العالمية إلى زيادات كبيرة في عبء الصحة العقلية لدى كبار السن، لا سيما في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل. يمثل ضعف الصحة العقلية مشكلةً رئيسيةً في الصين، حيث تمثل 17% من عبء الأمراض العالمية الناجم عن الاضطرابات النفسية.
علاوةً على ذلك، فإن قضايا الصحة العقلية المرتبطة بالعزلة الاجتماعية والشعور بالوحدة آخذةٌ في الازدياد مع استمرار زيادة عدد كبار السن في الصين- وهذا هو الحال أيضًا في الدول الأخرى.
تم الاعتراف على نطاقٍ واسعٍ بالفوائد الّتي تسدي بها المشاركة في الأنشطة الاجتماعية على الصحة العقلية، وتم القيام ببعض الأعمال في الدول المتقدمة، بما في ذلك الولايات المتحدة واليابان، لفهم هذه العلاقة بشكل أفضل.
قام الفريق في هذه الدراسة بتحليل بيانات استبيانٍ من ما يقرب من 11,000 من السكان الذين تتراوح أعمارهم بين 45 سنة وما فوق، هذا ضمن «الدراسة المطولة للصحة والتقاعد في الصين-China Health and Retirement Longitudinal Study».
نظروا في أعراض الاكتئاب وقارنوها بنوع ووتيرة الاختلاط الاجتماعي، بما في ذلك زيارة الأصدقاء، ولعب لعبة ماه جونغ، والمشاركة في نادٍ رياضيٍ أو اجتماعي، والتطوع لأعمالً خيرية.
ووجدوا أن المشاركة في مجموعة واسعة من الأنشطة على نحوٍ أكثر تواتراً كانت مرتبطةً بمستوياتٍ أفضل من الصحة العقلية. على وجه التحديد، كان سكان المدن الذين لعبوا لعبة ماه جونغ، وهي لعبةٌ إستراتيجيةٌ شعبية، أقل عرضة للاكتئاب.
من ناحيةٍ أخرى، فإن هذه العبة لا ترتبط بمستوياتٍ أفضل من الصحة العقلية لدى المسنين في المناطق الريفية.
من المحتمل أن تكون لعبة ماه جونغ أكثر تنافسية وقد تصبح أحيانًا وسيلة للمقامرة في الريف الصيني. يعتقد المؤلفون أن هذه النتائج قد تقدم دليلًا للممارسين الصحيين الذين يصممون سياسات وتدخلات لتحسين الصحة العقلية لدى كبار السن الصينيين.
أحد مؤلفي الدراسة هو آدم تشن، أستاذٌ مشاركٌ في الإدارة والسياسة الصحية في كلية الصحة العامة في جامعة جورجيا في أثينا.
نُشرت الدراسة في مجلة «العلوم الاجتماعية والطب-Social Science & Medicine».
تمكن باحثون في دراسة جديدة من إيجاد طريقة جديدة للتنبؤ بقصور القلب لدى مرضى السكري وبدقة. أجري البحث من قبل فريق من مستشفى بريغهام النسائية وجامعة جنوب غرب تكساس الطبية.
يمثل «قصور القلب-Heart Failure» أحد أهم المضاعفات المحتملة لمرض السكري من النوع 2 والذي يحدث بشكل متكرر. ويمكن أن يؤدي إلى الوفاة أو العجز الصحي. كشفت دراسةٌ حديثةٌ أن فئةً جديدةً من الأدوية المعروفة باسم «مثبطات الناقل المشارك صوديوم/جلوكوز 2-SGLT2 Inhibitors» قد تكون مفيدةً للمرضى الذين يعانون من قصور القلب. يمكن أيضًا استخدام هذه العلاجات في مرضى السكري لمنع حدوث قصور القلب في المقام الأول.
وجد الفريق في الدراسة الجديدة نموذجًا جديدًا مشتقًا من التعلم الآلي يمكن أن يتنبأ بدرجة عالية من الدقة بحدوث فشل القلب في المستقبل لدى مرضى السكري. استفاد الفريق من بياناتٍ جُمعت من 8,756 مريض مصاب بداء السكري وخاضع لتجربة «العمل للتحكم في أخطار القلب والأوعية الدموية عند مرض السكري-Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes (ACCORD)».
وشملت هذه البيانات ما مجموعه 147 متغيرًا، بما في ذلك التركيبة السكانية، المعلومات السريرية، وبيانات المختبر وغيرها. استخدم الفريق طرقًا للتعلم الآلي قادرة على التعامل مع البيانات متعددة الأبعاد لتحديد أدق تنبؤات ممكنة بفشل القلب.
على مدار ما يقرب من خمس سنوات، أصيب 319 مريضًا بقصور في القلب. حدد الفريق أفضل 10 عوامل للتنبؤ بفشل القلب )والّتي تشكل: الوزن («مؤشر كتلة الجسم-Body Mass Index»)،العمر ، ارتفاع ضغط الدم، الكرياتينين، «كوليسترول البروتين الدهني مرتفع الكثافة-HDL-C»، مدى السيطرة على مرض السكري («الجلوكوز الصومي-Fasting Plasma Glucose»)، مدة «المركب كيو آر إس-QRS»، «احتشاء عضلة القلب-Myocardial Inflation»، و«طعم مجازة الشريان التاجي-Coronary Artery Bypass Grafting».
يأمل الفريق أن تكون درجة الخطورة مفيدة للأطباء الأكثر احتكاكًا بمرضى السكري- أطباء الرعاية الأولية، أخصائيي الغدد الصماء، أمراض الكلى، وأخصائيي أمراض القلب- الذين يرعونهم ويفكرون في الاستراتيجيات التي يمكن استخدامها لمساعدتهم.
بالإضافة إلى الفائدة الّتي سيحظا بها للأطباء، يرى الفريق أيضًا أن الدراسة تقدم رسالةً أساسيةً لمرضى السكري الذين يشعرون بالقلق من خطر الإصابة بقصور القلب. كان مؤشر كتلة الجسم أحد أهم العوامل لتنبؤ خطر الإصابة بقصور القلب، مما يعزز فكرة أن الوزن الزائد على المدى الطويل قد يزيد من خطر الإصابة بفشل القلب في المستقبل.
يأمل الباحثون في أن يُبرز هذا العمل طرقًا للتدخل- سواء من خلال تغييرات نمط الحياة أو من خلال استخدام مثبطات الناقل المشارك صوديوم/جلوكوز 2- لتأخير أو حتى منع الإصابة بقصور القلب.
أحد مؤلفي الدراسة هو موثيا فادوغاناثان، دكتور في الطب، أخصائي أمراض القلب في بريجهام وحاصلٌ الماجستير في الصحة العامة.
نُشرت الدراسة في مجلة «رعاية مرضى السكري-Diabetes Care».
يقول باحثو مدرسة طب جامعة جونز هوبكنز أنهم طوروا طريقة زراعة ناجحة نتج عنها استمرار خلايا دماغ جذعية مزروعة في الفئران بالبقاء على قيد الحياة دون الحاجة لأدوية كبت المناعة.
يفصّل تقريرٌ عن البحث، نُشر في 16 سبتمبر في مجلة «Brain»، المنهج الجديد الّذي يتجنب بشكل انتقائي الاستجابةَ المناعيةَ ضد الخلايا الغريبة، مما يسمح للخلايا المزروعة بالبقاء على قيد الحياة، الازدهار، وحماية أنسجة المخ بعد فترة طويلة من إيقاف أدوية كبت المناعة.
إن القدرة على زرع الخلايا السليمة في الدماغ بنجاحٍ دون الحاجة إلى أدوية كبت المناعة التقليدية يمكن أن تدفع بالبحث عن علاجات تساعد الأطفال المولودين بفئةٍ نادرةٍ ولكن مدمرةٍ من الأمراض الوراثية حيث «النخاعين-Myelin» لا يتشكل بشكل طبيعي. والنخاعين طبقةٌ واقيةٌ محيطةٌ بالخلايا العصبية وتساعدها في إرسال الإشارات العصبية.
يصاب واحدٌ من كل 100,000 طفلٍ مولودٍ في الولايات المتحدة بأحد هذه الأمراض، مثل «مرض بليزايوس ميرزباخر-Pelizaeus-Merzbacher Disease». يتميز هذا الاضطراب بفقدان الأطفال لمراحل التطور الرئيسية مثل الجلوس والمشي، وحدوث وتشنجات عضلية لا إرادية، كما قد يعانون من شلل جزئي في الذراعين والساقين، وكل ذلك ينتج من طفرةٍ جينيةٍ في الجينات الّتي تشكل النخاعين.
يقول بيوتر والشاك، أستاذ مشارك في علم الأشعة والعلوم الإشعاعية في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز:
“نظرًا لكون هذه الحالات تنشأ من طفرةٍ تسبب خللًا وظيفيًا في نوعٍ واحدٍ من الخلايا، فإنها تمثل هدفًا جيدًا للعلاجات الخلوية، والّتي تتضمن زرع خلايا صحية أو خلايا تم تصميمها بحيث لا تتمكن من السيادة على الخلايا المريضة أو التالفة أو المفقودة.”
يعد الجهاز المناعي للثدييات عقبةً رئيسيةً أمام قدرتنا على استبدال هذه الخلايا التالفة. يعمل الجهاز المناعي عن طريق التعرف السريع على الأنسجة “الذاتية” أو “غير الذاتية”، وشن هجماتٍ لتدمير الأنسجة الغريبة. على الرغم من أنه مفيدٌ عند استهداف البكتيريا و الفيروسات، إلا أنه يمثل عقبةً رئيسيةً أمام ديمومة الأعضاء أو الأنسجة أو الخلايا المزروعة، والتي يتم استهدافها أيضًا للتدمير.
تمنع أدوية كبت المناعة التقليدية (بشكل متكررٍ وعلى نطاقٍ واسعٍ وبشكلٍ غير محددٍ) رفضَ الأنسجة من قبل الجهاز المناعي، ولكنها تترك المرضى عرضةً للإصابة بالآثار الجانبية. يستهلك المرضى هذه الأدوية إلى أجل غير مسمى.
في محاولةٍ لوقف الرفض المناعي دون حدوث آثارٍ جانبية، سعى فريق مدرسة طب جامعة جونز هوبكنز إلى إيجاد طرق لمعالجة «الخلايا التائية-T Cells»، والّتي تمثل خط دفاعٍ ضد الأجسام الغريبة.
على وجه التحديد، ركز والشاك وفريقه على سلسلة تعرف باسم «الإشارات المحفزة المرافقة-Co-stimulatory Signals» والّتي تعد ضروريةً لبدء هجوم الخلايا التائية.
يقول جيرالد برانداخير، أستاذ الجراحة التجميلية والجراحة الترميمية ومؤلف مشارك لهذه الدراسة:
“هذه الإشارات موجودةٌ لضمان عدم مهاجمة خلايا الجهاز المناعي لأنسجةِ الجسم السليمة.”
كما قال إن الفكرة كانت تتمثل في استغلال الاتجاهات الطبيعية لهذه الإشارات المحفزة المرافقة كوسيلةٍ لتدريب الجهاز المناعي على قبول الخلايا المزروعة كما لو كانت خلايا “ذاتية” وبشكلٍ دائم.
للقيام بذلك، استخدم الباحثون جسمين مضادين، وهما «البروتين المرتبط بالخلايا اللمفاوية التائية السامة 4-CTLA4-Ig» و«مضاد كتلة التمايز 154-Anti-CD154»، والّتي تمنع الخلايا التائية من بدء الهجوم عندما تواجه جسيمات غريبة عن طريق الارتباط بسطح الخلية التائية، وتمنع إشارة “الانتقال” بشكل أساسي. وقد استخدم هذا المزيج بنجاحٍ في السابق لمنع رفض زراعة الأعضاء الصلبة في الحيوانات، لكن لم يتم اختباره بعد لإجراء عمليات زرع خلايا لإصلاح النخاعين في المخ، كما يقول والكزاك.
في مجموعةٍ رئيسيةٍ من التجارب، قام والكزاك وفريقه بحقن «الخلايا الدبقية-Glial Cells» الواقية (التي تنتج غمد النخاعين الذي يحيط بالخلايا العصبية) في أدمغة الفئران. تم تصميم هذه الخلايا المحددة وراثيًا لتتوهج ليتمكن للباحثون من مراقبتها.
ثم قام الباحثون بزرع الخلايا الدبقية في ثلاثة أنواعٍ من الفئران: الفئران المعدلة وراثيا بحيث لا تصنع الخلايا الدبقية التي تخلق غمد النخاعين، الفئران الطبيعية، والفئران المرباة لتكون غير قادرة على بدء استجابةٍ مناعية.
ثم استخدم الباحثون الأجسام المضادة لمنع الاستجابة المناعية، وأوقفوا العلاج بعد ستة أيام.
كل يوم، استخدم الباحثون كاميرا متخصصة يمكنها اكتشاف الخلايا المتوهجة والتقاط صور لأدمغة الفئران، بحثًا عن التواجد النسبي للخلايا الدبقية المزروعة. بدأت الخلايا التي تم زرعها في فئران التحكم التي لم تتلق علاج الجسم المضاد في الوفاة على الفور، ولم تعد الكاميرا تكتشف توهجها بحلول اليوم 21.
حافظت الفئران التي تلقت علاج الأجسام المضادة على مستويات كبيرة من الخلايا الدبقية المزروعة لأكثر من 203 يوم. مما يدل على أنها لم تُقتل بواسطة الخلايا التائية للفأرة حتى في غياب العلاج.
يقول شن لي، دكتورٌ في الطب والمؤلف الرئيسي للدراسة:
“إنَّ رصد أي توهجٍ أكدَّ لنا أن الخلايا قد نجت من عملية الزرع، حتى بعد فترةٍ طويلةٍ من إيقاف العلاج. نفسر هذه النتيجة على أنها نجاحٌ في منع الخلايا التائية للجهاز المناعي من قتل الخلايا المزروعة.”
كانت الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كانت الخلايا الدبقية المزروعة نجت بشكلٍ جيدٍ بما يكفي لفعل ما تفعله الخلايا الدبقية عادة في المخ- إنشاء غمد النخاعين. للقيام بذلك، نظر الباحثون في الاختلافات الهيكلية الرئيسية بين أدمغة الفأر الّتي تحتوي على الخلايا الدبقية الّتي نجحت في البقاء وتلك الّاي لم تنجح، وذلك باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي. في الصور. رأى الباحثون أن الخلايا الموجودة في الحيوانات المعالَجة تملأ بالفعل الأجزاء المناسبة من الدماغ.
أكدت نتائجهم أن الخلايا المزروعة كانت قادرةً على الازدهار وتأدية وظيفتها الطبيعية لحماية الخلايا العصبية في الدماغ.
وحذّر والشاك أن هذه النتائج أولية. لقد استطاعوا إيصال هذه الخلايا والسماح لها بالنمو في جزءٍ موضعيٍ من دماغ الفأر. يأمل الباحثون في المستقبل بالجمع بين النتائج التي توصلوا إليها والدراسات المتعلقة بطرق توصيل الخلايا إلى الدماغ للمساعدة في إصلاح الدماغ على صعيدٍ أوسع.
صمم باحثو ولاية بنسلفانيا جهازًا ثنائي الأبعاد يمكنه تقديم ما هو أكثر من الإجابة بـ “نعم” أو “لا”، مما قد يجعله أكثر شبهًا بالمخ من بنيات الحوسبة الحالية.
يقول الباحثون في مجلة «Nature Communications»:
“يتزايد حجم التعقيد أيضًا بسبب عدم قابلية التوسع في «هيكلة فون نيومان-Von Neumann Computing Architecture» التقليدية للحوسبة وعصر السيليكون الداكن الذي يمثل تهديدًا كبيرًا لتكنولوجيا «المعالجات متعددة اللب-Multi-Core Processor».”
إلى حدٍ ما، نحن في عصر السيليكون الداكن. وهذا يعني عدم القدرة على تشغيل جميع أو معظم الأجهزة الموجودة على شريحة الكمبيوتر دفعةً واحدة.
يحدث هذا بسبب كثرة الحرارة الناتجة من جهاز واحد. هيكلة فون نيومان هي الهيكلة القياسية لمعظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة. وتعتمد على مقاربة رقمية- إجابات بـ “نعم” أو “لا”- حيث يتم تخزين تعليمات البرنامج والبيانات في نفس الذاكرة والمشاركة بنفس قناة الاتصال.
وقال سابتارشي داس، أستاذ مساعد للعلوم الهندسية وعلم الميكانيكا:
“لهذا السبب، لا يمكن القيام بعملية تحليل البيانات والحصول على التعليمات في نفس الوقت. بالنسبة لصنع القرار المعقد داخل الشبكات العصبية، قد تحتاج إلى مجموعة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة تحاول استخدام «معالجات متوازية-Parallel Processors» في نفس الوقت- أي مليون جهاز كمبيوترٍ محمولٍ على التوازي- ستحتاج إلى ملعب كرة قدمٍ ليستوعب هذا العدد من الحواسيب. لا يمكن لأجهزة الرعاية الصحية المحمولة أن تعمل بهذه الطريقة.”
وفقًا لـداس، يمكن الحل في إنشاء شبكات عصبية إحصائية مستوحاة من الدماغ لا تعتمد على الأجهزة التي تعمل ببساطة أو المتوقفة عن العمل. ولكنها توفر مجموعة من الاستجابات الاحتمالية التي يتم بعد ذلك مقارنتها بقاعدة البيانات المكتسبة في الجهاز .
للقيام بذلك، طور الباحثون ترانزستور «غاوسي-Gaussian» ذو التأثير الحقلي، مصنوعٌ من مواد ثنائية الأبعاد- وتشمل «ثاني كبريتيد الموليبدينوم-Molybdenum Disulfide» و«الفوسفور الأسود-Black Phosphorus». تمتاز هذه الأجهزة بكفاءةٍ أعلى في استخدام الطاقة وإنتاج حرارةٍ أقل، مما يجعلها مثاليةً لتوسيع نطاق الأنظمة.
يقول داس:
“يعمل العقل البشري بسلاسة على 20 واط من الطاقة. وبالتالي فهو أكثر كفاءةً في استخدام الطاقة، كما يحتوي على 100 مليار خلية عصبية، ولا يستخدم هيكلة فون نيومان.”
لاحظ الباحثون أن الطاقة والحرارة ليستا الوحيدتين الّتين تشكلان مشكلة، ولكن أصبح أيضًا من الصعب احتواء أشياء أكثر في المساحات الصغيرة.
أظاف داس:
“لقد توقفت بالفعل زيادة الحجم. لا يمكننا سوى تركيب ما يقرب من مليار ترانزستور على شريحةٍ واحدة. نحن بحاجةٍ إلى مزيدٍ من التعقيد، شئ مثل الدماغ.”
كانت فكرة «الشبكات العصبية الاحتمالية-Probabilistic Neural Network (PNN)» موجودةً منذ الثمانينات، لكنها كانت بحاجة إلى أجهزةٍ معينةٍ للتنفيذ.
يقول أمريتاناند سيباستيان، طالب دراسات عليا في علوم الهندسة وعلم الميكانيكا:
“على غرار عمل الدماغ البشري، يتم استخراج السمات الرئيسية من مجموعةٍ من عينات التدريب لمساعدة الشبكة العصبية على التعلم.”
اختبر الباحثون شبكتهم العصبية على مخطط كهربية الدماغ، وهو تمثيل البياني «للتذبذب العصبي-Brainwaves».
بعد تزويد الشبكة بالعديد من أمثلة تخطيط كهربية الدماغ، يمكن للشبكة بعد ذلك أخذ إشارة جديدة لـ «تخطيط أمواج الدماغ-EEG» وتحليلها وتحديد ما إذا كان الشخص الخاضع للاختبار نائماً.
كما أظاف داس:
“على كعس الشبكة العصبية الاصطناعية، لا نحتاج إلى فترة تدريب طويلة أو قاعدة معلومات لشبكةٍ عصبيةٍ احتمالية.”
يرى الباحثون أن «الحوسبة الشبكية العصبية الإحصائية-Statistical Neural Network Computing» لها تطبيقاتٌ في الطب، لكون قرارات التشخيص ليست دائمًا 100% نعم أو لا.
كما أنهم يدركون أنه للحصول على تأثيرٍ أفضل، يجب أن تكون أجهزة التشخيص الطبية صغيرةً ومحمولةً وتستخدم أقل قدرٍ من الطاقة.
يصف داس وزملاؤه أجهزتَهم بمشبك غاوسي يستند إلى نظام ثنائي الترانزستور. حيث يكون ثاني كبريتيد الموليبدينوم موصلًا للإلكترون، في حين يجري الفسفور الأسود عبر الإلكترونات المفقودة أو الثقوب.
ببساطة، الجهاز عبارة عن مقاومتين متغيرين بشكل متسلسل، ينتج مجموعهما رسمًا بيانيًا بذيول، وهذا يطابق وظيفة التوزيع الاحتمالي الطبيعي أو أو الغاوسي.
وجد الباحثون في دراسة جديدة أن دقيقتان من التمارين الرياضية قد تقلل من خطر الإصابة بالخرف. خصوصًا للأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 60 عامًا.
أجري البحث من قبل فريق من «جامعة أبيرتاي-Abertay University».
شارك الدراسة 17 شخصًا تتراوح أعمارهم بين 60 و 75 عامًا يشاركون في دورتين تدريبيتين أسبوعيًا لمدة 10 أسابيع. شاركت المجموعة في ما يُعرف باسم «التدريب المتواتر عالي الكثافة-Sprint Interval Training (SIT)». وطُلب منها القيام بأداء دورةٍ قاسيةٍ قدر الإمكان على دراجة ثابتة لمدة ست ثوانٍ قبل الراحة.
ثم كرروا العملية حتى حققوا ما مجموعه دقيقة واحدة من التمارين عالية الكثافة في كل جلسة.
كان لدى كل مشاركٍ ارتفاعٌ في ضغط الدم- والّذي يشكل عامل خطر للخرف- كما كانوا يتناولون الأدوية للسيطرة على ضغط الدم. بحلول نهاية الدراسة، انخفض ضغط الدم لديهم إلى مستوياتٍ طبيعيةٍ وصحية. حدث هذا دون أي تغيير في الدواء أو النظام الغذائي.
يقول الفريق أن هناك شيخوخة سكانية ويعيش الناس لفترة أطول. ومع ذلك، فإن أنماط حياتهم ليست صحيةً بالضرورة. هناك زيادةٌ كبيرةٌ في عدد الأشخاص الذين يعانون من صعوبات في الحركة وفي عدد الأشخاص الذين يعانون من أمراض مرتبطة بالشيخوخة مثل الخرف ومرض السكري من النوع 2 وأمراض القلب.
أظهر الباحثون في هذه الدراسة لأول مرة التكيف في ضغط الدم والوظيفة الجسدية لدى البالغين الأكبر سنًا بعد القيام بالتدريب المتواتر عالي الكثافة مرتين اسبوعيًا. يجب أن تؤخذ هذه النتائج في الاعتبار في سياق القيود المفروضة على الدراسة، وينبغي أن تتطلع الدراسات المستقبلية إلى تسجيل جميع الأدوية التي يتناولها المشاركون والسعي لتسجيل النشاط اليومي والاستهلاك الغذائي خلال الفترة التدريبية.
مع ذلك، هناك تحسنٌ كبيرٌ في وظيفة الأوعية الدموية، وفي الوظائف الجسدية والّتي ترتبط بقوة بالتحسنات في الضغط النبضي (حيث بلغت «المقاومة الوعائية-Vascular Resistance» 0.55، والتي قد تعكس زيادةً في «المطاوعة الوعائية-Arterial Compliance» بعد التدريب المتواتر عالي الكثافة.
بالنظر إلى أن ضيق الوقت أو النفور من التمارين التقليدية يشكل عوائق أمام المشاركة، هناك حاجة إلى إعادة تقييم نصائح التمرين الحالية لكبار السن للقيام بـ 150 دقيقة من التمارين المعتدلة أو 75 دقيقة من التمارين الشديدة في الأسبوع. الدراسة الحالية لديها التزام أقل بكثير من ناحية الوقت ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد الحد الأدنى والأمثل من التدريب المتواتر عالي الكثافة.
المؤلف الرئيسي للدراسة هو الدكتور جون بابراج، محاضر في فسلجة التمارين الرياضية.
تم نشر الدراسة في مجلة «العلوم الرياضية للصحة-Sport Sciences for Health».
