کشف اسرار سازمان‌دهی سلولی

به گزارش مجله خبری نگار، به نقل از ادونسد ساینس نیوز، سلول‌های ما به طور دائم نوعی رقص را اجرا می‌کنند که با دقت طراحی شده است و خود را در بافت‌های پیچیده‌ای مرتب می‌کنند. برخی از نشانه‌های هدایت این رقص سلولی مانند شیب‌های الکتریکی و شیمیایی، شناخته‌شده هستند. اکنون به نظر می‌رسد که مجموعه جهانی‌تری از نشانه‌ها وجود دارد که به سلول‌ها دستور می‌دهد. این مجموعه، پارامتر‌های فیزیکی محیط را در بر دارد.

از زمان اختراع ظروف موسوم به "پتری دیش" (Petri dishes) در اواخر قرن نوزدهم، سلول‌ها روی سطوح صاف و سفت مورد بررسی قرار گرفته‌اند که به سختی به محیط طبیعی آن‌ها شبیه بوده است. اخیرا رفتار سلولی در ژل‌های سه‌بعدی پراکنده مورد بررسی قرار گرفته، اما هرگز در محیط‌های منحنی یا تا شده بررسی نشده است.

اکنون با توجه به پیشرفت در روش‌های ساخت هیدروژل‌های ژلاتینی نرم، گروهی از پژوهشگران "دانشگاه جانز هاپکینز" (JHU) و "دانشگاه مریلند" (UMD) می‌توانند تنظیمات سه‌بعدی خاصی را ایجاد کنند که به اندازه سلول هستند. آن‌ها با این کار می‌توانند رفتار سلولی را مشاهده کنند. پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که سلول‌ها در واقع، جنبه‌های فیزیکی محیط اطراف خود را حس می‌کنند و به آن‌ها پاسخ می‌دهند.

"دیوید گراسیاس" (David Gracias)، استاد مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی دانشگاه جانز هاپکینز و از پژوهشگران این پروژه گفت: ما کشف کرده‌ایم که سلول‌ها می‌توانند به واسطه اندازه‌گیری چیزی سازمان‌دهی شوند که به نوعی مانند یک خط‌کش سلولی است.

هیدروژل راهنما

آنچه آن‌ها اندازه‌گیری کردند، سفتی و نسبت ابعاد هیدروژل است که بر حسب "کیلو پاسکال" (kPa) اندازه‌گیری می‌شود؛ واحدی که مقاومت یک ماده را در برابر تغییر شکل نشان می‌دهد.

نکته مهم این است که این هیدروژل‌ها حاوی سیگنال‌های شیمیایی نیستند. "لوییس رومر" (Lewis Romer)، استاد بیهوشی و مراقبت‌های ویژه پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز و از پژوهشگران این پروژه گفت: هیچ الگوی کوچک یا شیب محرک‌های شیمیایی وجود ندارد که بر رفتار سلولی نیز تأثیر بگذارد. لیگاند‌های اتصال سلولی به طور یکسان در سراسر سطح در دسترس قرار دارند.

این محیط بیوشیمیایی یکنواخت بدین معناست که سلول‌ها باید نسبت ابعاد و سفتی محیط خود را حس کنند و این نشانه‌ها را به تنهایی برای سازمان‌دهی به کار ببرند. در نمایش جالبی از این سازمان‌دهی، پژوهشگران سلول‌ها را روی یک هیدروژل به شکل حروف قرار دادند و مشاهده کردند که آن‌ها کلمه "CELL" را تشکیل می‌دهند.

یک مسیر سیگنال‌دهی کشف‌نشده

دیدن کاربرد‌های مهندسی بافت برای اهدافی مانند تولید ارگانوئید‌ها که ساختار‌های کوچکی شبیه به اندام هستند و برای پژوهش استفاده می‌شوند، آسان است، اما پیامد‌های اساسی‌تری نیز برای این کار وجود دارد. تشخیص این نشانه‌ها بدین معناست که سلول‌ها از یک مسیر سیگنال‌دهی که هنوز توصیف نشده است، استفاده می‌کنند و این همان چیزی است که پژوهشگران مشتاقانه امیدوار هستند در آینده به آن پی ببرند.

همچنین، بدن یک محیط پویا است که در آن، نسبت ابعاد و سفتی به مرور زمان تغییر می‌کند. این که سلول‌ها دقیقا چگونه به این پارامتر‌ها پاسخ می‌دهند، می‌تواند توضیح دهد که بافت‌های بسیار مهم مانند سیستم عروقی چگونه رشد می‌کنند و به پیری و بیماری پاسخ می‌دهند. رومر ادامه داد: تصور این که فرآیند تشکیل شبکه عروقی ممکن است به نسبت ابعاد خود، بسیار پاسخگو باشد، به ما کمک می‌کند تا به پرسش‌هایی پاسخ دهیم که می‌خواهیم در زمینه زیست‌شناسی تکاملی بپرسیم.

بررسی‌های رومر بر گروهی از بیماری‌های عروقی به نام "پرفشاری ریوی" (Pulmonary hypertension) متمرکز هستند. یکی از موضوعاتی که در ایجاد این نوع بیماری عروقی و سایر موارد مانند بیماری سرخرگ کرونری و اسکلروز شریانی وجود دارد، همین مسئله سفتی است.

رومر گفت که این بیماری‌ها و حتی خود پیری، با سفت شدن بافت‌های عروقی همراه هستند و کشف اهمیت سفتی و نسبت ابعاد با ساختار سلولی، راه‌های جالبی را برای پژوهش و درمان ارائه می‌دهد. وی افزود: این یک هدف خاص است که می‌تواند مورد بررسی قرار بگیرد.

این پژوهش، در مجله "Advanced Science" به چاپ رسید.