باحثون يحققون خطوة أساسية نحو تنمية الكلى البشرية في المختبر

يصيب مرض الكلى واحدا من كل تسعة بالغين على مستوى العالم، فيما يشهد معدل الإصابة بالفشل الكلوي ارتفاعا مطّردا في جميع أنحاء العالم.

باحثون يحققون خطوة أساسية نحو تنمية الكلى البشرية في المختبر

ويمكن أن تساعد القدرة على زراعة أنسجة الكلى العاملة في المختبر في تسريع العلاجات الطبية لأمراض الكلى واستعادة وظائف الكلى.
وتتشكل الكلى بشكل طبيعي في الإنسان نتيجة لاثنين من اللبنات الأساسية - اللحمة المتوسطة الكلوية والبرعم الحالبي.

واكتشف مختبر جوزيف بونفينتري، دكتوراه في الطب، ورئيس وحدة الكلى والرئيس المؤسس لقسم الهندسة في الطب في بريغهام، كيفية إنشاء أول لبنة بناء - اللحمة المتوسطة – ما أدى إلى العديد من مكونات الكلى من الخلايا الجذعية البشرية منذ سبع سنوات.

وطور المختبر الآن طريقة عالية الكفاءة لتوليد الكتلة البنائية الثانية (البرعم الحالبي)، والتي تنضج في نظام تجميع الكلى البالغ.

وعلاوة على ذلك، أظهروا سمات التفاعل بين خلايا هاتين اللبنتين، ما يعيد إنتاج جوانب التفاعل التي تحدث عادة عندما تتطور الكلى.

وبالإضافة إلى ذلك، ولأول مرة على الإطلاق، طور مختبر بونفينتري خطوط الخلايا البشرية (خلايا نامية في مزرعة نسيجية) لخطوط الخلايا الرئيسية والمقسمة، وهما خطان من الخلايا يشكلان آخر مكون لمعالجة البول في الكلى.

ويمكن أن يساعد هذا العمل الباحثين في اختبار علاجات جديدة لعلاج أمراض الكلى التي تؤثر على نظام التجميع، والتي تشمل العديد من التشوهات الخلقية في الكلى والمسالك البولية، بما في ذلك مرض الكلى متعدد الكيسات، وهو أحد أكثر الأمراض الوراثية شيوعا.

ويقول بونفينتري: "طورنا طريقة عالية الكفاءة لتوليد مكون رئيسي من أنسجة الكلى مسؤول عن الحفاظ على العديد من كيمياء الدم وهو مهم للغاية لتنمية الكلى. بالإضافة إلى ذلك، أنشأنا، ولأول مرة، خلايا كلية بشرية يمكن استخدامها لتطوير عقاقير جديدة، والمساعدة في التحقيق في الاضطرابات الموروثة والمكتسبة، وتحسين فهمنا لكيفية تطور الكلى والتحكم في التوازن الأيضي في الجسم".

وتابع: "في النهاية، مع القدرة الآن على إنتاج كلا المكونين المسؤولين عن صنع أنسجة الكلى الوظيفية، يوفر هذا العمل خطوة كبيرة إلى الأمام في السعي لاستبدال وظيفة الكلى في المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي أو ربما، في المستقبل، إنتاج كلية في طبق بتري (طبق المختبر)".
يمكن أن يخبرنا التنصت على التواصل المبكر بين الأنسجة في الحياة الناشئة الكثير عن نمو الأعضاء، والخصوبة، والمرض بشكل عام.

ويمكن أن يساعد في منع الإجهاض المبكر، أو حتى يخبرنا عن كيفية زراعة أعضاء بديلة بالكامل من الصفر.

وفي قفزة هائلة في أبحاث الخلايا الجذعية، طورت تجربة بقيادة باحثين من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة نموذجا حيا لجنين فأر مكتمل بأنسجة القلب وبدايات الدماغ.

ويعزز البحث النجاح الأخير الذي حققه فريق مكون من بعض العلماء أنفسهم، الذين دفعوا حدود تقليد التطور الجنيني للفئران، باستخدام الخلايا الجذعية التي لم تر أبدا داخل رحم الفأر.

وفي الماضي، ركز الباحثون في علم الأجنة بشكل كبير على انتزاع الخلايا الجذعية المختارة من أجزاء من جنين يمكن أن تنمو لتصبح حيوانا وتشجيعها على التكاثر في الأواني الزجاجية المليئة بالعناصر الغذائية المختارة بشكل خاص.

وعلى مر السنين، نتجت عن هذه الطريقة كتل من الخلايا تحتوي على الهياكل الأساسية الأولية للأمعاء وثنية الأنسجة تسمى الأنبوب العصبي.

ومع ذلك، فإن ما يسمى بنموذج "الجاسترولويد" يحتوي في الشكل، إلا أنه يفتقر إلى الوظيفة. والعديد من الميزات التي يُتوقع أن تتطور إلى جانب هذه الأنسجة غير موجودة، ما يجعل من الصعب رسم أوجه تشابه بين النموذج والجنين النامي الأصيل.
وهناك طرق لتشجيع ظهور الهياكل الشبيهة بالدماغ، بالإضافة إلى أنسجة القلب العاملة وأنبوب الأمعاء الأكثر تعقيدا. ومع ذلك، فإن الحلول القائمة على الحساء الهرموني البسيط نسبيا لا يمكن إلا أن تذهب بعيدا.

وسواء كان ذلك الفأر أو البشر أو الخيول في هذا الصدد، فإن الثدييات المشيمية تبدأ حياتها بنفس الطريقة تقريبا. وبعد الإخصاب بفترة وجيزة، تنقسم الخلية الأولى حتى يصبح هناك ثلاثة مجالات أساسية للأنسجة: أحدها يستمر في تكوين الحيوان نفسه، واثنان يساهمان في الأعضاء التي تسهل نموه داخل الأم، وحيث يمكن للأول أن يولد جنينا نموذجيا (أو جنينا) بمفرده، فإن وجود المجموعتين الثانيتين من خلايا المشيمة القريبة يوفر المفاوضات الكيميائية اللازمة التي تعزز سلسلة من التغييرات الصغيرة في الحيوان النامي.

ومن خلال مزج الخلايا الجذعية الممثلة من مجموعات الأنسجة الرئيسية الثلاث هذه وتحسين الطرق السابقة لتطورها في المختبر (أي في طبق) إلى جنين، وجد الفريق أن نموذجهم يمكن أن يتقدم تحت بخاره لتطوير جهاز عصبي مكافئ لـ جنين الفأر الطبيعي في 8.5 أيام بعد الحمل.

وهذه الخطوة صغيرة، تعادل يوما واحدا من التطوير لفأر لم يولد بعد. ولكن يمكن أن يحدث الكثير خلال 24 ساعة من الحمل.

ويحتوي الجنين الاصطناعي أيضا على أنسجة القلب التأسيسية التي تحرك النبض وبدايات القناة الهضمية، بالإضافة إلى بداية الهياكل التي يمكن أن تبني في الجنين الفعلي أجزاء من الهيكل العظمي والعضلات والأنسجة الأخرى تحت الجلد.

ومن تلقاء نفسه، لن يستمر النموذج في التطور إلى أي شيء مثل فأر طفل مزدهر. كما أن العلم أبعد ما يكون عن القدرة على إنتاج أي شيء متقدم مثل عضو وظيفي من الخلايا الجذعية وحدها، ناهيك عن حيوان كامل.

وفي حين أن التشابه مهم جدا في البحث، إلا أنه - إذا جاز التعبير - هو فقط الجلد العميق، الذي يفتقر إلى الإشارات التي قد تراها تتحول إلى كائن حي مكتمل التكوين يمثله.

ويوفر امتلاك مجموعة من الأنسجة التي تعكس بشكل أصلي التطور خارج الجسم للباحثين فرصة ليس فقط لمراقبة التغييرات الجينية، ولكن أيضا اختبارها أخلاقيا والتي يمكن أن تساعد في تحسين فهمنا لكيفية نمو أجسامنا.

ولاحظ الباحثون أن هناك بالفعل أدلة على طرق يمكنهم من خلالها تحسين العملية بشكل أفضل لمحاكاة التطور الطبيعي بشكل أفضل.