استكشاف اللبنات الأساسيَّةِ للجسم

على غرار ملاحي الفايكنج أو المغامرين الذين جابوا أجزاء مجهولة من العالم، يدرس العلماء الجسم باستخدام أدوات خاصة لفهم كل الأجزاء التي يتكون منها هذا البناء المذهل. فيمكنهم النظر إلى ≫اللبنات الأساسية≪ الكبيرة للجسم، وهي الأعضاء؛ مثل القلب والرئتين والدماغ، التي تتعاون مع بعضها البعض للحفاظ على حياتنا وصحتنا. لكن رحلة الاستكشاف لا تتوقف عند هذا الحد! إذ يستطيع العلماء تقريب الصورة أكثر لدراسة مستويات أعمق من اللبنات الأساسية، وهي الأنسجة (الشكل 1). والأنسجة هي مجموعات من الخلايا تتعاون مع بعضها البعض لأداء الوظائف الحيوية للأعضاء، مثل أنسجة الرئتين التي تمتص الأكسجين عندما نتنفس، أو أنسجة عضلة القلب التي تضخ الدم في أجسامنا.

وبالتعمّق أكثر في أسرار الجسم، يستطيع العلماء دراسة الخلايا، وهي اللبنات الأساسية الصغيرة التي تكوّن الأنسجة. وتحتوي كل خلية على دليل إرشادي خاص على شكل جينات، وتجتمع معًا لتشكِّل ≫كتيب تعليمات≪ يرشد الخلايا إلى كيفية التصرف وإلى البروتينات التي تنتجها، والوظائف التي تؤديها. ثم تنفذ البروتينات بعد ذلك العديد من الوظائف المختلفة بناءً على موقع الخلية في الجسم والنسيج الذي تنتمي إليه (الشكل 1).

ويعمل العلماء في السويد على إنشاء مجموعة ضخمة من خرائط الجسم تُسمّى أطلس البروتين البشري [1]، وهو متاح مجانًا للجميع عبر الإنترنت، مما يتيح لأي شخص الانضمام إلى رحلة الاستكشاف داخل جسم الإنسان المدهش. وكما كان ملاحو الفايكنغ يبحرون في بحار مجهولة، يستخدم الباحثون الأطلس كخريطة مفيدة ترشدهم في رحلتهم الاستكشافية. ومن خلال تحديد مواقع البروتينات المثيرة للاهتمام، يستطيع العلماء اكتشاف إجابات لتساؤلات طبية محورية، من بينها استيضاح العوامل التي قد تُفضي إلى أمراض كالسرطان [2, 3].

يستكشف فصل ≫الأنسجة≪ في أطلس البروتين البشري 44 نوعًا مختلفًا من الأنسجة البشرية الطبيعية، مما يساعد العلماء على فهم بنية الجسم [4].

لكن كيف ينشئ مصممو الأطلس هذه الخرائط؟ إنهم يستخدمون تقنيات متنوعة لإنشاء صور زاهية توضح مواقع بروتينات محددة داخل أعضائنا وأنسجتنا.

أدوات بناء أطلس البروتين البشري

يستخدم العلماء عدة أدوات رائعة لاستكشاف أنسجة جسم الإنسان وخلاياه. ويمكن تجميع المُستقاة من هذه الأدوات لتكوين ≫خرائط≪ أطلس البروتين البشري.

جمع الأنسجة لاستخدامها في فصل الأنسجة في أطلس البروتين البشري

أولًا، يجمع العلماء أنسجة بشرية حقيقية من المستشفيات. تأتي هذه الأنسجة من أشخاص طيبين يوافقون على مساعدة العلم من خلال التبرع بأنسجتهم للبحث العلمي. وتُجمع الأنسجة أحيانًا أثناء العمليات الجراحية التي تُجرى لعلاج المريض أو لمعرفة سبب المشكلة. وتبقى التفاصيل الشخصية للمتبرعين سرية احترامًا لخصوصيتهم؛ لذا لا يعرف العلماء عنهم سوى النزر اليسير، مثل أعمارهم. وبمجرد حصول العلماء على الأنسجة، يحفظونها بأمان في قالب شمعي خاص يُسمى قالب البارافين المثبت بالفورمالين (الشكل 2A). يساعد هذا القالب في الحفاظ على الأنسجة لفترة طويلة، تصل إلى عقود، دون أن تتحلل البروتينات. ويمكن للعلماء بعد ذلك تقطيع شرائح رقيقة من النسيج، مثل تقطيع شريحة من الجبن (الشكل 2B)، ووضع هذه الشرائح على شرائح زجاجية (الشكل 2C)، ومشاهدتها تحت المجهر (الشكل 2D).

وبعد جمع الأنسجة، دعونا نستكشف كيف يمكن استخدامها لإنشاء خرائط مفصّلة لجسم الإنسان وأعضائه.

فحص الأنسجة باستخدام مصفوفات الأنسجة الدقيقة

بدلًا من دراسة نسيج واحد في كل مرة، يمكن للعلماء استخدام تقنية تُسمى مصفوفات الأنسجة الدقيقة لفحص العديد من عينات الأنسجة دفعة واحدة [5]. تخيل وجود العديد من قوالب البارافين المثبت بالفورمالين، يحتوي كل واحد منها على عينة نسيج محفوظة لمتبرع مختلف. ولدراسة العديد من الأنسجة بكفاءة، يثقب العلماء أجزاء دقيقة تشبه الأسطوانات الصغيرة من هذه القوالب، ويشبه ذلك خروج الثوم من كل ثقب صغير في هراسة الثوم اليدوية. وتمثل كل أسطوانة نسيجًا أو عضوًا معينًا. ثم يضع العلماء هذه الأسطوانات في قالب شمعي فارغ، ويرتبونها في نمط شبكي منظم (الشكل 2B) ويصبح هذا القالب الذي يتكون الآن من عينات أنسجة متعددة هو مصفوفة الأنسجة الدقيقة. وبمجرد تجهيز القالب، يمكن للعلماء قطع مقاطع رقيقة (مثل شرائح الجبن)، ووضعها على شرائح زجاجية لتحليلها تحت المجهر (الشكل 2D). يتيح هذا الأسلوب للعلماء تحليل عينات أنسجة كثيرة في وقتٍ واحد، مما يعزز من كفاءة استكشافهم، ويساهم في توفير عينات المرضى الثمينة لمشاريع بحثية أخرى.

تحديد موقع البروتينات باستخدام الكيمياء المناعية النسيجية

بعد ذلك، ولرؤية أماكن وجود بروتينات محددة في عينات الأنسجة، يمكن للعلماء استخدام تقنية تُسمّى الكيمياء المناعية النسيجية [5]. تستخدم هذه التقنية جزيئات تسمى الأجسام المضادة، وهي بمثابة سهام موجهة، مصممة بدقة لتستهدف البروتينات المحددة التي يريد العلماء العثور عليها وتلتصق بها. ولا تتطابق جميع الأجسام المضادة مع كل البروتينات؛ فهي مُصممة بحيث يجد كل منها جزءًا محددًا من بروتين معين. فيتيح ذلك للعلماء اختيار البروتين الذي يريدون رؤيته تحت المجهر باستخدام جسم مضاد يناسب ذلك البروتين تحديدًا. وعندما تجد الأجسام المضادة البروتينات المستهدفة، تلتصق بقوة وتترك وراءها صبغة بنية اللون (الشكل 2C) تُعدّ هذه الصبغة ضرورية لأنها تساعد العلماء على تصور مكان وجود البروتينات في الأنسجة [2]، وبالتالي إنشاء خرائط مفصّلة تبين مواقع البروتينات المحددة في الأعضاء المختلفة. وعلاوةً على ذلك، تُمكّن الكيمياء المناعية النسيجية العلماء من معرفة ما إذا كان البروتين مخصصًا لعضو أو نسيج أو نوع خلية معيّن، أم أنه موجود في مواقع وأنسجة متعددة.

التألق المناعي المتعدد لرؤية بروتينات متنوعة في وقتٍ واحد

في مسعاهم نحو فهم أعمق وأشمل، يستخدم العلماء طرقًا تتجاوز الكيمياء المناعية النسيجية التقليدية، ما يتيح لهم دراسة عدة بروتينات في الوقت نفسه، وإنشاء خرائط أكثر تفصيلًا [3]. وباستخدام إحدى هذه التقنيات، والتي تُسمى التألق المناعي المتعدد، يستهدف العلماء عدة بروتينات في الوقت ذاته باستخدام أجسام مضادة عديدة، لكل منها لون فلوري مختلف (الشكل 2C). ≫تضيء≪ الألوان الفلورية بروتينات متعددة في الوقت نفسه داخل الخلايا والأنسجة، مما يوفر فهمًا أكثر شمولًا لمواقعها ووظائفها (الشكل 2E). ومن خلال دراسة التفاعلات المعقدة بين البروتينات، يمكن للعلماء استيعاب آلية عمل الخلايا والأنسجة، وفهم ما يطرأ عليها من اضطرابات حين تنحرف الأمور عن مسارها الطبيعي.

فعلى سبيل المثال، يمكن للأورام السرطانية أن تفرز بروتينات مختلفة عن الخلايا السليمة، مما يتيح للعلماء رؤية الخلايا السرطانية وتحديدها من خلال استهداف تلك البروتينات النوعية.

وتُعد هذه التقنيات جزءًا من أدوات العلماء، وقد ساهمت في إنشاء أطلس البروتين البشري؛ وهو دليل لفهم بنية الجسم، متاح ليستخدمه الجميع (الشكل 2F).

استكشاف جسم الإنسان: رحلة فايكنج علمية!

لنُبحر معًا في رحلة مثيرة، حيث يستخدم العلماء أدواتهم لاستكشاف جسم الإنسان. وهذه الأمثلة هي عبارة عن دراسات أُجريت باستخدام الأجسام المضادة والتقنيات المُستخدمة لإنشاء أطلس البروتين البشري.

الرحلة الأولى: الأهداب في قناة فالوب

تربط قناتا فالوب المبيضين بالرحم في الجهاز التناسلي الأنثوي؛ فإذا نظرت عن قرب إلى داخل قناة فالوب، ستجد خلايا خاصة تحتوي على هياكل صغيرة تشبه الشعر تُسمّى الأهداب. تساعد الأهداب في نقل البويضات من المبيضين إلى الرحم عن طريق دفعها للأمام. وإذا وصلت بويضة مُخصبة إلى الرحم، فيمكنها أن تنمو لتغدو طفلًا. ويستخدم العلماء أداة عرض، مثل تقنية التألق المناعي المتعدد، لدراسة بروتينات خلايا قناة فالوب وفهم كيفية تعاونها للاعتناء بالبويضات. وفي هذه التقنية، يكون لكل بروتين داخل الخلايا المهدبة لونه الخاص، مما يسمح للعلماء برسم خرائط للأجزاء المختلفة من الخلايا لفهم كيفية تعاونها مع بعضها البعض، وبالتالي فهم بنية الخلايا (الشكل 3A).

الرحلة الثانية: المعركة ضد سرطان المبيض

يُعد المبيضان جزءًا آخر من الجهاز التناسلي الأنثوي، ويقعان عند طرفي قناتي فالوب. ويُعد سرطان المبيض شكلًا خطيرًا من أشكال السرطان تبدأ فيه الخلايا في المبيض بالانقسام بطريقة خارجة عن السيطرة، وتتسم أعراضه بالغموض مما يجعل هذا النوع من السرطان صعب الاكتشاف. وباستخدام أدوات مثل التألق المناعي المتعدد، يستطيع العلماء رؤية خلايا السرطان تنتشر مثل الغزاة (الشكل 3B)، ولكن يمكنهم أيضًا رصد خلايا الجهاز المناعي وهي تقاوم بشراسة لحماية الجسم من خلايا السرطان!

أطلس البروتين البشري—وسيلة للتعمّق أكثر

ختامًا، يميط استكشاف بنية الجسم على المستوى المجهري اللثام عن هندسته المدهشة. ويمكن للعلماء -بصفتهم مستكشفين- استخدام أطلس البروتين البشري كدليل لفك رموز أسرار الصحة والمرض، والتوسّع في فهم آلية عمل الخلايا والبروتينات. ونأمل أن يواصل أطلس البروتين البشري الإسهام في اكتشافات مهمة وتمهيد الطريق لمستقبل يتمتع فيه الجميع بصحة جيدة.

مسرد للمصطلحات

البروتينات (Proteins): ↑ هي لبنات أساسية صغيرة جدًا للحياة تؤدي الكثير من المهام المهمة في أجسامنا، مثل مساعدتنا على النمو والبقاء بصحة جيدة ومكافحة الأمراض.

قالب البارافين المثبت بالفورمالين (Formalin-Fixed Paraffin-Embedded (FFPE) Block): ↑ هو طريقة لحفظ عينات الأنسجة داخل ≫شمع≪ للحفاظ على بنيتها، ويمكن تخزينها بهذه الطريقة لعدة عقود.

مصفوفات الأنسجة الدقيقة (Tissue Microarrays): ↑ هي قالب شمعي يحتوي على العديد من العينات المختلفة، مما يتيح للعلماء دراسة أنسجة متنوعة في الوقت ذاته.

الكيمياء المناعية النسيجية (Immunohistochemistry): ↑ هي تقنية يستخدمها العلماء لصبغ البروتينات أو تلوينها باستخدام الأجسام المضادة، مما يسمح لهم برؤية هذه البروتينات تحت مجهر خاص.

الأجسام المضادة (Antibodies): ↑ هي جزيئات تلتصق ببروتينات محددة في الأنسجة، وتساعد العلماء على العثور على تلك البروتينات ودراستها. كما أنها جزء طبيعي من الجهاز المناعي، وقد تعلّم العلماء كيفية استخدامها في تجاربهم.

التألق المناعي المتعدد (Multiplex Immunofluorescence): ↑ تمكّن هذه التقنية العلماء من رؤية العديد من البروتينات المختلفة في الوقت نفسه، مما يسمح لهم بالتعمق في فهم بنية الخلايا والأنسجة.

الجهاز المناعي (Immune System): ↑ هو فريق الدفاع في الجسم، يحميه من الجراثيم الضارة والأمراض.

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.

إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي

تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.