طوّر فريق دولي من الباحثين ولأول مرة نموذجا لخلايا جزر البنكرياس البشرية المشتقة من الخلايا الجذعية ذات الأوعية الدموية المتكاملة. والجزر هي مجموعات خلوية في البنكرياس تضم أنواعا مختلفة من الخلايا المفرزة للهرمونات، بما فيها خلايا بيتا المنتجة للإنسولين.
ووجد باحثون، أن عضيات خلايا جزر البنكرياس الجذعية المزودة بأوعية دموية تحتوي على أعداد أكبر من خلايا بيتا الناضجة، وتفرز إنسولينا أكثر من نظيراتها غير الوعائية. وقد حاكت العضيات الوعائية خلايا جزر البنكرياس الموجودة في الجسم بشكل أدق. والعضيات هي أعضاء صغيرة تحاكي مجموعات الخلايا المنتجة للإنسولين خارج الجسم.
وقادت الدراسة الدكتورة مايكي ساندر، المديرة العلمية لمركز ماكس ديلبروك، في ألمانيا وباحثون في مختبر ساندر في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو في الولايات المتحدة، ونشرت نتائج الدراسة في مجلة ديفيلوبمنتل سيل (Developmental Cell) في 23 مايو/أيار، وكتب عنها موقع يوريك أليرت.
تقول ساندر: “تُبرز نتائجنا أهمية الشبكة الوعائية في دعم وظيفة خلايا جزر البنكرياس. يُقرّبنا هذا النموذج من محاكاة البيئة الطبيعية للبنكرياس، وهو أمر ضروري لدراسة مرض السكري وتطوير علاجات جديدة”.
هندسة خلايا جزر البنكرياس الجذعية الوعائية
تُستخدم عضيات خلايا جزر البنكرياس الجذعية على نطاق واسع لدراسة مرض السكري وأمراض الغدد الصماء البنكرياسية الأخرى. لكن خلايا بيتا في هذه العضيات عادة ما تكون غير ناضجة، مما يجعلها نماذج غير مثالية للبيئة داخل الجسم، كما تقول ساندر. وتضيف أنه على الرغم من تطوير العديد من الأساليب لتعزيز نضج خلايا بيتا، إلا أن آثارها كانت متواضعة.
لمحاكاة البيئة داخل الجسم الحي أفضل، أضاف الباحثون خلايا بطانية بشرية، تُبطّن الأوعية الدموية، وخلايا ليفية، وهي خلايا تُساعد في تكوين النسيج الضام، إلى عضيات الجزر التي تم تنميتها من الخلايا الجذعية.
جرّب الفريق بيئات زراعة خلايا مختلفة حتى وجدوا مزيجا ناجحا. لم تنجُ الخلايا فحسب، بل نضجت ونمّت شبكة من الأوعية الدموية الأنبوبية التي اجتاحت جزر الخلايا الجذعية واخترقتها.
يقول ساندر: “كان إنجازنا هو ابتكار الوصفة. استغرق الأمر خمس سنوات من التجارب في ظروف مختلفة، بمشاركة فريق متخصص من علماء أحياء الخلايا الجذعية والمهندسين البيولوجيين”.
عندما قارن الباحثون العضيات المُنمّاة بالأوعية الدموية بالعضيات غير المُنمّاة بالأوعية الدموية، وجدوا أن الأولى تُفرز المزيد من الإنسولين عند تعرضها لمستويات عالية من الغلوكوز (سكر الدم). يقول ساندر: “لا تستجيب خلايا بيتا غير الناضجة جيدا للغلوكوز. هذا يُشير إلى أن النموذج المُنمّى بالأوعية الدموية يحتوي على خلايا أكثر نضجا”.
عضيات أكثر نضجا
أراد الباحثون بعد ذلك استكشاف كيفية مساعدة الأوعية الدموية للعضيات على النضوج. ووجدوا آليتين رئيسيتين، تساعد الخلايا البطانية والأرومات الليفية في بناء المصفوفة خارج الخلية، وهي شبكة من البروتينات والكربوهيدرات على أسطح الخلايا. يُعد تكوين المصفوفة في حد ذاته إشارة على نضج الخلايا.
ثانيًا، تفرز الخلايا البطانية بروتين العظم والذي بدوره يُحفز خلايا بيتا على النضوج. وإدراكا منهم أن القوى الميكانيكية تُحفز أيضا إفراز الإنسولين، قام الفريق بعد ذلك بدمج العضيات في الأجهزة الدقيقة للسوائل، مما يسمح بضخ الوسط المغذي مباشرة عبر شبكاتها الوعائية. ووجدوا أن نسبة خلايا بيتا الناضجة قد ازدادت بشكل أكبر.
يقول ساندر: “لقد وجدنا تدرجا، احتوت العضيات التي لا تملك أوعية دموية على عدد أكبر من الخلايا غير الناضجة، ونضجت نسبة أكبر منها مع تكوين الأوعية الدموية، بل ونضجت أكثر بإضافة تدفق المغذيات عبر الأوعية الدموية. إن نموذجا خلويا بشريا لجزر البنكرياس، يُحاكي من كثب وظائف الأعضاء داخل الجسم الحي، يفتح آفاقا جديدة للبحث في الآليات الكامنة وراء داء السكري”.
تعمل ساندر وفريقها في مركز ماكس ديلبروك على زراعة عضيات وعائية من خلايا مرضى داء السكري من النوع الأول. وهي تُنقل تركيب العضيات على رقائق دقيقة وإضافة خلايا مناعية من المرضى. يوضح ساندر: “نريد أن نفهم كيف تدمر الخلايا المناعية خلايا بيتا”. ويضيف: “يوفر نهجنا نموذجا أكثر واقعية لوظيفة خلايا الجزر، ويمكن أن يساعد في تطوير علاجات أفضل في المستقبل”.