"الجزيئات الراقصة" تعالج تلف الغضاريف

في عام 2019، كان نحو 530 مليون شخص حول العالم يعيشون مع التهاب المفاصل العظمي، وفقا لمنظمة الصحة العالمية. والتهاب المفاصل العظمي هو مرض تنكسي يتسبب بتآكل الأنسجة في المفاصل بمرور الوقت، وهو مشكلة صحية شائعة وأحد الأسباب الرئيسية للإعاقة.

ويمكن أن يتآكل الغضروف في المرضى الذين يعانون من التهاب المفاصل العظمي الشديد، لدرجة أن المفاصل تتحول إلى عظم على عظم بدون وسادة بينهما. وهذا ليس مؤلما بشكل لا يصدق فحسب، بل لا يمكن للمفاصل في ضوئه أن تؤدي وظائفها بشكل صحيح. وفي هذه المرحلة يكون العلاج الفعال الوحيد هو جراحة استبدال المفصل، وهي مكلفة ومؤلمة.

وفي نوفمبر/تشرين الثاني 2021، قدم باحثو جامعة نورث وسترن علاجا جديدا قابلا للحقن يَستخدم "الجزيئات الراقصة" السريعة الحركة لإصلاح الأنسجة وعكس الشلل بعد الإصابات الحادة في الحبل الشوكي.

والآن طبق الفريق البحثي نفسه في دراسة جديدة الإستراتيجية العلاجية على خلايا غضروفية بشرية تالفة، وفعّل العلاج تعبير الجينات الضرورية لتجديد الغضروف في غضون أربع ساعات فقط. وبعد ثلاثة أيام، أنتجت الخلايا البشرية مكونات البروتين اللازمة لتجديد الغضروف.

كما وجد الباحثون أنه مع زيادة حركة الجزيئات زادت فعالية العلاج، وبمعنى آخر كانت حركات الجزيئات حاسمة في تحفيز عملية نمو الغضروف، كما أظهرت نتائج الدراسة التي نُشرت في 26 يوليو/تموز الجاري بمجلة الجمعية الكيميائية الأميركية.

ووفقا لموقع يوريك أليرت، يقول قائد الدراسة صمويل آي ستوب الأستاذ بجامعة نورث وسترن والمتخصص في الطب النانوي التجديدي ومدير مؤسس لمعهد سيمبسون كويري للتكنولوجيا الحيوية النانوية ومركزه التابع مركز الطب النانوي التجديدي: "العلاجات الحالية تهدف إلى إبطاء تقدم المرض أو تأجيل الاستبدال الذي لا مفر منه، ولا توجد خيارات تجديدية لأن البشر لا يملكون القدرة الفطرية على تجديد الغضروف في مرحلة البلوغ".

ويضيف: "عندما لاحظنا لأول مرة التأثيرات العلاجية للجزيئات الراقصة، لم نجد أي سبب يجعلها تنطبق فقط على الحبل الشوكي. الآن نلاحظ التأثيرات في نوعين من الخلايا غير مرتبطين تماما ببعضهما البعض؛ خلايا الغضروف في مفاصلنا، والخلايا العصبية في الدماغ والحبل الشوكي. هذا يجعلني أكثر ثقة بأننا اكتشفنا ظاهرة شاملة قد تنطبق على العديد من الأنسجة الأخرى".

الجزيئات الراقصة

افترض ستوب وفريقه أن "الجزيئات الراقصة" قد تشجع الأنسجة العنيدة على التجديد، والجزيئات الراقصة هي تراكيب تتكون من ألياف نانوية اصطناعية تحتوي على عشرات إلى مئات الآلاف من الجزيئات التي تحمل إشارات قوية للخلايا. ومن خلال ضبط حركاتها الجماعية عبر هيكلها الكيميائي، اكتشف ستوب أن الجزيئات المتحركة يمكنها بسرعة العثور على المستقبِلات الخلوية والتفاعل معها بشكل صحيح، والتي تكون أيضا في حركة مستمرة ومكتظة للغاية على أغشية الخلايا.

وتحاكي الألياف النانوية المصفوفة خارج الخلية بمجرد دخولها الجسم الأنسجة المحيطة بها. ومن خلال مطابقة هيكل المصفوفة ومحاكاة حركة الجزيئات البيولوجية ودمج الإشارات الحيوية للمستقبلات، تستطيع المواد الاصطناعية التواصل مع الخلايا.

يقول ستوب: "المستقبلات الخلوية تتحرك باستمرار من خلال جعل جزيئاتنا تتحرك، "ترقص"، أو حتى تقفز مؤقتا خارج هذه التراكيب المعروفة بالبوليمرات الفائقة الجزيئية، ويمكنها الاتصال بشكل أكثر فعالية مع المستقبلات".

مصدر الصورة

الحركة مهمة

وبحث ستوب وفريقه في الدراسة الجديدة عن المستقبلات لبروتين معين مهم لتشكيل وصيانة الغضروف. ولاستهداف هذا المستقبِل، طوّر الفريق "ببتيدا" دائريا جديدا يحاكي الإشارة الحيوية للبروتين، والذي يسمى عامل النمو المحول بيتا 1 (TGFb1).

ودمج الباحثون بعد ذلك هذا الببتيد في جزيئين مختلفين يتفاعلان لتكوين بوليمرات، كل منهما لديه القدرة على محاكاة عامل النمو المحول بيتا 1. وصمم الباحثون أحد البوليمرات الفائقة الجزيئية بهيكل خاص يسمح لجزيئاته بالحركة بحرية أكبر داخل التجمعات الكبيرة. أما البوليمر الفائق الجزيئي الآخر، فقيّد حركة الجزيئات.

يقول ستوب: "أردنا تعديل الهيكل من أجل مقارنة نظامين يختلفان في مدى حركتهما، وكانت حركة الجزيئات الفائقة الجزيئية في واحدة أكبر بكثير من الحركة في الأخرى".

وعلى الرغم من أن كلا البوليمرين يحاكيان الإشارة لتفعيل مستقبِل عامل النمو المحول بيتا 1، كان البوليمر الذي يحتوي على جزيئات متحركة بسرعة أشد فعّالا بشكل أكبر. وبطرق معينة، كانوا أكثر فعالية من البروتين الذي يُنشط مستقبِل عامل النمو المحول بيتا 1 في الطبيعة.

ويذكر ستوب أنه "بعد ثلاثة أيام أنتجت الخلايا البشرية المعرضة لتجمعات طويلة من الجزيئات الأكثر حركة كميات أكبر من مكونات البروتين اللازمة لتجديد الغضروف ولإنتاج أحد المكونات في مصفوفة الغضروف المعروف بالكولاجين II، وكانت الجزيئات الراقصة التي تحتوي على الببتيد الدائري الذي يُنشط مستقبِل عامل النمو المحول بيتا 1 أكثر فعالية حتى من البروتين الطبيعي الذي لديه هذه الوظيفة في الأنظمة البيولوجية".

الخطوة التالية

يختبر فريق ستوب حاليا هذه الأنظمة في الدراسات الحيوانية، ويضيف إشارات إضافية لإنشاء علاجات حيوية نشطة للغاية.

ويرى ستوب أنه "مع نجاح الدراسة في خلايا الغضروف البشرية، نتوقع أن يكون تجديد الغضروف معززا بشكل كبير عندما يُستخدم في نماذج ما قبل سريرية عالية الترجمة، ويجب أن يتطور إلى مادة حيوية نشطة جديدة لتجديد نسيج الغضروف في المفاصل".

ويقوم مختبر ستوب أيضا باختبار قدرة الجزيئات الراقصة على تجديد العظام، ولديه بالفعل نتائج أولية واعدة، ومن المرجح أن تُنشر في وقت لاحق من هذا العام. وفي الوقت نفسه، يختبر الجزيئات في العضويات البشرية لتسريع عملية اكتشاف وتحسين المواد العلاجية.

ويهدف فريق ستوب أيضا إلى الحصول على موافقة لإجراء تجارب سريرية لاختبار العلاج لإصلاح الحبل الشوكي.

يقول ستوب: "نحن نبدأ في رؤية الامتداد الهائل للأمراض التي يمكن أن ينطبق عليها هذا الاكتشاف الأساسي عن الجزيئات الراقصة.. يبدو أن التحكم في الحركة الجزيئية الفائقة من خلال التصميم الكيميائي أداة قوية لزيادة الفعالية لمجموعة من العلاجات التجديدية".