تعد هجرة الخلايا، أو كيفية تحرك الخلايا في الجسم، أمرًا ضروريًا لوظيفة الجسم الطبيعية وتطور المرض. حركة الخلايا هي ما يسمح لأجزاء الجسم بالنمو في المكان المناسب أثناء التطور المبكر، والتئام الجروح والأورام لتصبح منتشرة.
على مدار القرن الماضي، اقتصر فهم الباحثين لهجرة الخلايا على تأثيرات الإشارات البيوكيميائية، أو الانجذاب الكيميائي، الذي يوجه الخلية للانتقال من مكان إلى آخر. على سبيل المثال، يهاجر نوع من الخلايا المناعية يسمى العدلات نحو مناطق الجسم التي تحتوي على تركيز أعلى من بروتين يسمى IL-8، والذي يزداد أثناء العدوى.
ولكن في العقدين أو العقود الثلاثة الماضية، بدأ العلماء يدركون أهمية العوامل الميكانيكية أو الفيزيائية التي تلعب دورًا في هجرة الخلايا. على سبيل المثال، تهاجر الخلايا الظهارية الثديية البشرية – الخلايا المبطنة لقنوات الحليب في الثدي – نحو مناطق ذات تصلب متزايد عند وضعها على سطح متدرج التصلب.
والآن، بدلاً من التركيز على تأثير البيئة “الصلبة” للخلايا فقط، يتجه الباحثون نحو البيئة “السائلة”. باعتباري منظرًا متدربًا في الرياضيات التطبيقية، أستخدم النماذج الرياضية لفهم الفيزياء وراء بيولوجيا الخلية. كنت أنا وزملائي شون إكس صن وكونستانتينوس كونستانتوبولوس من بين العلماء الرواد الذين اكتشفوا كيف يؤثر الماء والضغط الهيدروليكي على هجرة الخلايا من خلال النماذج النظرية والتجارب المعملية. في بحثنا المنشور مؤخرًا، وجدنا أن هجرة خلايا سرطان الثدي البشرية تتعزز من خلال تدفق ولزوجة السوائل المحيطة بها، مما يوضح أحد العوامل التي تؤثر على كيفية انتشار الأورام.
كيف تؤثر السوائل على هجرة الخلايا
تتعرض خلايا جسم الإنسان باستمرار لسوائل ذات خصائص فيزيائية مختلفة. الماء هو أحد هذه السوائل التي يمكنها توجيه هجرة الخلايا. على سبيل المثال، وجدنا أن كيفية تدفق الماء عبر أغشية خلايا سرطان الثدي تؤثر على كيفية تحركها وانتشارها. وذلك لأن كمية الماء التي تنتقل داخل وخارج الخلية تؤدي إلى انكماشها أو انتفاخها، مما يؤدي إلى الحركة عن طريق نقل أجزاء مختلفة من الخلية.
تختلف لزوجة أو سمك سوائل الجسم من عضو إلى آخر، ومن الصحة إلى المرض، ويمكن أن يؤثر ذلك أيضًا على هجرة الخلايا. على سبيل المثال، يكون السائل الموجود بين الخلايا السرطانية في الأورام أكثر لزوجة من السائل الموجود بين الخلايا الطبيعية في الأنسجة السليمة. عندما قارنا مدى سرعة تحرك خلايا سرطان الثدي في القنوات المحصورة المملوءة بسائل ذي لزوجة طبيعية مقابل سائل عالي اللزوجة، وجدنا أن الخلايا في القنوات عالية اللزوجة تتسارع بشكل غير متوقع بنسبة كبيرة تبلغ 40%. كان هذا الاكتشاف غير متوقع لأن القوانين الأساسية للفيزياء تخبرنا أن الجسيمات الخاملة يجب أن تتباطأ في السوائل عالية اللزوجة بسبب زيادة المقاومة.
أردنا معرفة الآلية وراء هذه النتيجة المفاجئة. لذلك، قمنا بتحديد الجزيئات المشاركة في هذه العملية، واكتشفنا سلسلة من الأحداث التي تسمح لبيئات عالية اللزوجة بتعزيز حركية الخلية.
لقد وجدنا أن السوائل عالية اللزوجة تعمل في البداية على تعزيز نمو خيوط البروتين التي تسمى الأكتين، والتي تفتح القنوات في غشاء الخلية وتزيد من استهلاك الماء. تتوسع الخلية من الماء، مما يؤدي إلى تنشيط قناة أخرى تستقبل أيونات الكالسيوم. تقوم أيونات الكالسيوم بتنشيط نوع آخر من خيوط البروتين تسمى الميوسين الذي يحفز الخلية على الحركة. تحفز سلسلة الأحداث هذه الخلايا على تغيير بنيتها وتوليد المزيد من القوة للتغلب على المقاومة التي يفرضها السائل عالي اللزوجة، مما يعني أن الخلايا ليست خاملة على الإطلاق.
واكتشفنا أيضًا أن الخلايا تحتفظ بـ “الذاكرة” بعد تعرضها لوسط عالي اللزوجة. وهذا يعني أننا إذا وضعنا الخلايا في وسط عالي اللزوجة لعدة أيام ثم أعدناها إلى وسط لزوجة عادي، فإنها ستظل تتحرك بسرعة أكبر. كيف تحتفظ الخلايا بهذه الذاكرة لا يزال سؤالا مفتوحا.
ثم تساءلنا عما إذا كانت النتائج التي توصلنا إليها بشأن الذاكرة اللزجة ستظل صحيحة في الحيوانات، وليس فقط في أطباق بيتري. لذلك قمنا بتعريض خلايا سرطان الثدي البشرية إلى وسط عالي اللزوجة لمدة ستة أيام، ثم وضعناها في وسط ذي لزوجة عادية. ثم قمنا بحقن الخلايا في أجنة الدجاج والفئران.
كانت نتائجنا متسقة: الخلايا التي تم تعريضها مسبقًا لوسط عالي اللزوجة لديها قدرة متزايدة على التسرب إلى الأنسجة المحيطة والانتشار مقارنةً بالخلايا التي لم يتم تعريضها مسبقًا. توضح هذه النتيجة أن لزوجة السوائل في البيئة المحيطة بالخلية هي إشارة ميكانيكية بيولوجية تشجع الخلايا السرطانية على الانتشار.
الآثار المترتبة على علاج السرطان
مرضى السرطان عادة لا يموتون من المصدر الأصلي للورم، ولكن من انتشاره إلى أجزاء أخرى من الجسم.
عندما تنتقل الخلايا السرطانية عبر الجسم، فإنها تنتقل إلى مساحات ذات لزوجة سائلة مختلفة. إن فهم كيفية تأثير لزوجة السائل على حركة الخلايا السرطانية يمكن أن يساعد الباحثين على اكتشاف طرق لعلاج السرطان واكتشافه بشكل أفضل قبل أن ينتشر.
والخطوة التالية هي بناء تقنيات التصوير والتحليل لإجراء فحص دقيق لكيفية استجابة الخلايا من أنواع مختلفة من حيوانات المختبر للتغيرات في لزوجة السوائل. إن تحديد الجزيئات التي تنظم كيفية استجابة الخلايا للتغيرات في اللزوجة يمكن أن يساعد الباحثين على تحديد الأهداف الدوائية المحتملة للحد من انتشار السرطان.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: يزينج لي، جامعة بينجهامتون، جامعة ولاية نيويورك
اقرأ أكثر:
يتلقى Yizeng Li تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم.