على عكس ما هو متعارف عليه طبياً، تنبأ نموذج رياضي بآليتين مختلفتين لتكوين النسيج الندبي في القلب – الساخن والبارد. وقد أكدت النتائج التي تم التوصل إليها في أنسجة القلب البشري هذا النموذج وقد تؤدي إلى مناهج علاجية جديدة
يمكن أن تؤدي الإصابات أو عمليات الشيخوخة إلى تكوين نسيج ندبي (تليف) في الأعضاء الداخلية مثل القلب أو الرئتين أو الكلى أو الكبد، ولكن على عكس الاعتقاد السائد في العالم الطبي، ليست كل الندبات متشابهة - هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة جديدة أجراها علماء في معهد وايزمان للعلوم. النتائج والتي تنشر اليوم في المجلة العلمية أنظمة الخلايا تبين أنه في أمراض القلب المختلفة، يتكون نوعان مختلفان من الأنسجة الندبية - "التليف الساخن" و "التليف البارد" - وأن كل منهما يتطلب نهجًا علاجيًا مختلفًا. وقد يؤدي هذا الاكتشاف إلى تطوير علاجات مبتكرة لأمراض القلب وحتى يمهد الطريق لإجراء أبحاث حول التليف في الأعضاء الأخرى.
بدأ البحث كتعاون بين الجيران في معهد وايزمان. أستاذ الداد تزورسمع أحد الباحثين، الذي تركز أبحاثه على القلب وأمراضه، عن نموذج رياضي تم إنشاؤه في مختبر قريب يرأسه البروفيسور. أوري ألون. اقترح نموذج البروفيسور ألون تصنيف الأنسجة الندبية في الأعضاء المختلفة على أساس وجود نوعين فقط من الخلايا: الخلايا الليفية - الخلايا المنتجة للكولاجين التي توفر للأنسجة الدعم والبنية - وخلايا الجهاز المناعي التي تسمى الخلايا البلعمية.
"في البداية بدا الأمر بسيطًا للغاية بالنسبة لي - ففي النهاية، نعلم جميعًا مدى تعقيد الأنظمة البيولوجية. لكن الفكرة أثارت اهتمامي، وربما كانت مجرد ذريعة للتعاون مع أوري"، يعترف البروفيسور تزاهور. "لذلك اقترحت عليه أن نحاول تطبيق النموذج على أمراض القلب."
يتشكل النسيج الندبي في القلب عندما تتضرر خلايا عضلة القلب، على سبيل المثال بعد الإصابة بنوبة قلبية. مثل الرقعة التي تصلح ثقبًا في الملابس، فإن الندبة التي تحل محل الخلايا التالفة تسمح للقلب بمواصلة عمله كمضخة دم للجسم. ومع ذلك، فإن هذا النسيج لا ينقبض بشكل فعال، بل قد يتمدد ويؤدي في نهاية المطاف إلى ضعف وظيفة القلب. وبما أنه لا يوجد علاج فعال لندبات القلب حتى الآن، فإن الطب يحاول منع تكونها أو تقليل انتشارها.
يقول شوفال مييارا، وهو طالب دكتوراه مشترك مع البروفيسورين تزاهور وألون، والذي قاد الدراسة بالاشتراك مع الدكتور مايكل جوردان: "قد يبدو النسيج الندبي في القلب بسيطًا نسبيًا على السطح، ولكن عملية تكوينه معقدة للغاية وتشمل العديد من أنواع الخلايا والجزيئات". ميري ادلر من الجامعة العبرية في القدس، طالب سابق للبروفيسور ألون. "ولكي نتعامل مع التعقيد البيولوجي ونصل إلى لب الموضوع، تعاملنا مع التحدي مثل الفنان الذي يحاول استخلاص الجوهر من العالم الصاخب من حولنا - مثل ثور بيكاسو الشهير الذي يظل ثورًا حتى عندما يرسم ببضعة خطوط مفردة."
وفي نهاية المطاف، فإن "الثور" الذي رسمه الباحثون باستخدام النموذج الرياضي الذي ابتكره البروفيسور ألون، كان يتعارض مع الاتفاقية الطبية التي ترى أن جميع الندوب في القلب متساوية. تنبأ النموذج بآليتين مختلفتين لتكوين الندبة في القلب. هناك طريقتان رئيسيتان لتطوير الأنسجة الندبية: الأولى هي آلية يتطور فيها النسيج الندبي نتيجة للتفاعلات والتواصل بين الخلايا الليفية العضلية - الخلايا الليفية القادرة على الانقباض والتي تميز النسيج الندبي في القلب - والخلايا البلعمية في الجهاز المناعي، والثانية هي آلية الحلقة المغلقة التي تتمكن فيها الخلايا الليفية العضلية من إدارة نفسها دون شركاء وتشجع تطور الندبة من خلال الجزيئات التي تفرزها بنفسها. وبما أن إصابة الجهاز المناعي غالباً ما ترتبط بالحمى والالتهاب، فقد أطلق على الآلية الأولى اسم "التليف الساخن" - في حين أطلق على الآلية الأخرى اسم "التليف البارد".
وعندما قام ميارا وفريقه باختبار النموذج على أرض الواقع - أولاً في مزارع الخلايا وعلى الفئران - تلقوا تأكيداً لتوقعاته المذهلة. ولاحظ الباحثون أنه في حين يؤدي قصور القلب المزمن إلى التليف الدافئ مع وجود نسبة عالية من الخلايا البلعمية، فإن الإصابة الحادة، مثل النوبة القلبية، تؤدي إلى التليف البارد. على الرغم من أن خلايا الجهاز المناعي تكون موجودة فورًا بعد الإصابة بنوبة قلبية، إلا أنه بعد بضعة أسابيع لا يتبقى أي خلايا بلعمية تقريبًا في النسيج الندبي. وفي الخطوة التالية، تم إعادة إنتاج هذه النتائج أيضًا في عينات أنسجة القلب البشرية.
ولكن الباحثين لم يتوقفوا عند مرحلة تأكيد النموذج - فقد تمكنوا من تحديد جزيء رئيسي يؤثر على تطور الندبة في التليف البارد: وهو بروتين يسمى TIMP-1، والذي كان معروفًا في سياقات أخرى، ولكن تم اكتشافه هنا لأول مرة كعامل نمو يعزز انقسام الخلايا الليفية العضلية وتكوين نسيج ندبي في القلب. وعندما قام العلماء بحجب TIMP-1 في الفئران بعد الإصابة بنوبة قلبية، كان النسيج الندبي الذي تشكل في عضلة القلب أصغر مقارنة بالفئران غير المعالجة.
"لقد أظهرنا أن TIMP-1 هو هدف محتمل لأدوية مضادة للتليف في المستقبل، ولكن من الواضح أنه ليس الهدف الوحيد"، كما يقول ميارا. "ويمكن لمزيد من الأبحاث أن تكشف عن أهداف إضافية، وتبين أي منها يمكن استهدافه بشكل أكثر فعالية لمنع أو تقليل الضرر الذي يلحق بعضلة القلب بعد الإصابة بنوبة قلبية."
"في الكتب الطبية، تبدو الصور المجهرية للأمراض في عضلة القلب متشابهة - فهي تظهر عادة ألياف الكولاجين التي تشكل النسيج الندبي، لكننا أظهرنا أن التليف الساخن والتليف البارد هما نتيجة لآليات بيولوجية مختلفة. بعبارة أخرى، هذان مرضان قلبيان مختلفان، وبالتالي يجب علاجهما وتطوير الأدوية لهما بشكل مختلف". ويختتم البروفيسور تزاهور حديثه قائلاً: ويقول البروفيسور ألون: "لقد فتح هذا التعاون قلبي على البيولوجيا الرائعة للقلب". "يمكن للدراسات المستقبلية أن تطبق نهجنا، الذي يجمع بين النماذج الرياضية وعلم الأحياء الأساسي والاحتياجات الطبية، على أعضاء أخرى، وفحص ما إذا كان التقسيم إلى تليف ساخن وبارد ينطبق على الندوب في الأنسجة الأخرى - في الرئة أو الكلى أو الكبد - وحتى الندوب التي تتطور بعد السرطان أو السكتة الدماغية."
كما شارك في الدراسة الدكتور كفير باروخ أومانسكي، ويلين ديفينسكي، ويعقوب الكاهل، والدكتور ديفيد كين، والدكتورة داريا لاندينجولتز، والدكتورة هانا بوينو ليفي، والدكتور ألكسندر جينزلينج، ودانييل كيمتشي، والدكتور أبراهام شاكيد، والدكتورة لينجلينج تشانغ، وزاكاريا بيتروفر، والدكتورة راشيل سيريج، والدكتور آفي مايو من قسم علم الأحياء الخلوية الجزيئية بالمعهد؛ ودانييل هاوسلر والأستاذ آخيم كروجر من الجامعة التقنية في ميونيخ؛ والدكتور إيلاد باشت، والدكتور جينجكوي وانج والأستاذ إيلي تاناكا من مركز فيينا للبيولوجيا؛ والدكتور ريكاردو راميريز فلوريس والأستاذ جوليو سيز رودريجيز من جامعة هايدلبرغ؛ الدكتورة عوفرا جولاني من قسم البنية التحتية لبحوث علوم الحياة في المعهد؛ والدكتورة تالي شاليت ومايكل جيرشوفيتز وأفيتار وايزمان من مركز نانسي وستيفن جراند إسرائيل الوطني للطب الشخصي؛ والدكتورة أندريا بار والدكتورة تاتيانا دورن والأستاذة أليساندرا موريتي والأستاذ كريستيان كوبف من المركز الألماني لأبحاث القلب والأوعية الدموية (DZHK) والأستاذ رسلان ميدجيهيتوف من كلية الطب بجامعة ييل.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
