Phenotypes and Cellular Mechanics of Primary Human Aorta- and Pluripotent Stem Cell-derived Vascular Smooth Muscle Cells

داخل جدران أوعيتنا الدموية، تكمن طبقة متخصصة من الخلايا العضلية التي تعمل كمنظم رئيسي لتدفق الدم في الجسم. هذه الخلايا، المعروفة باسم خلايا العضلات الملساء الوعائية، هي حراس الدورة الدموية. عندما تكون صحية وناضجة، تظل هادئة ومنقبضة بإحكام، ممسكةً بالوعاء بقبضة ثابتة وقوية للحفاظ على ضغط الدم. ومع ذلك، عندما يحتاج الجسم إلى إصلاح الضرر أو عندما يضرب المرض، يمكن لهذه الخلايا نفسها أن تغير طبيعتها؛ إذ يمكنها إرخاء قبضتها، والنمو بشكل أكبر، والتكاثر بسرعة لسد فجوة أو بناء أنسجة جديدة. هذه القدرة على التبديل بين حالة الانقباض الثابتة وحالة النمو النشطة أمر حيوي للصحة، لكنها أيضًا المحرك وراء العديد من الحالات الخطيرة، مثل ضعف وتوسع الشرايين المعروف باسم تمدد الأوعية الدموية (الأنيوريزم). ولفهم كيفية عمل هذه الخلايا ولماذا تفشل أحيانًا، يحتاج العلماء إلى دراستها في المختبر. لعقود من الزمن، اعتمد الباحثون على أخذ هذه الخلايا مباشرة من المتبرعين البشر، لكن هذا النهج يعيبه عيب كبير: فكل متبرع مختلف، وغالبًا ما تغير الخلايا سلوكها بمجرد إخراجها من الجسم، مما يجعل من الصعب معرفة ما إذا كانت النتيجة تعود لمرض معين أو لمجرد التباين الطبيعي بين البشر.

ولحل هذه المشكلة، لجأ فريق من الباحثين إلى مصدر أكثر اتساقًا: الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات. وهي خلايا رئيسية قادرة على التحول إلى أي نوع من الأنسجة في الجسم. ومن خلال توجيه هذه الخلايا الجذعية عبر مسار تطوري محدد، استطاع العلماء إنشاء إمداد جديد من خلايا العضلات الملساء الوعائية في طبق مخبري. كان هدف دراستهم الجديدة هو معرفة ما إذا كانت هذه الخلايا المستزرعة مخبريًا تتصرف حقًا مثل الخلايا الحقيقية الموجودة في الشرايين البشرية. لقد قارنوا خلاياهم المشتقة من الخلايا الجذعية بالخلايا المستخرجة مباشرة من الأبهر البشري، وهي الأوعية الكبيرة التي تحمل الدم من القلب. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكان الخلايا المصنوعة مخبريًا محاكاة الحالتين الرئيسيتين للخلايا الحقيقية: حالة النمو النشطة، والحالة الانقباضية الهادئة. كما أرادوا قياس القوة الفيزيائية لهذه الخلايا، والتحقق من مقدار القوة التي يمكنها ممارستها على محيطها، وهو عامل رئيسي في كيفية حفاظ الأوعية الدموية على شكلها.

بدأ الفريق بزراعة خلاياهم المشتقة من الخلايا الجذعية وتوجيهها بعناية لتصبح من نوع العضلات الملساء. ووجدوا أن هذه الخلايا يمكنها بالفعل التبديل بين الحالتين؛ فعند تركها دون تدخل، كانت تعمل كنسخة الخلايا "التركيبية" المتنامية، حيث تتكاثر وتملأ الفراغ. وعندما أضاف الباحثون مثبطًا كيميائيًا محددًا إلى المزرعة، توقفت الخلايا عن الانقسام وتحولت إلى النوع المنقبض الناضج. نمت هذه الخلايا المعالجة لتصبح أكبر حجمًا، وطورت أليافًا داخلية أقوى، وأنتجت مستويات أعلى من البروتينات المسؤولة عن انقباض العضلات. وللتأكد من أن هذه الخلايا المستزرعة مخبريًا لا تبدو فقط بمظهر الجزء المطلوب بل تؤدي وظيفته أيضًا، قام الفريق بقياس قوتها الفيزيائية؛ حيث وضعوا خلايا مفردة على أعمدة دقيقة ومرنة وراقبوا مدى انحناء الأعمدة أثناء شد الخلايا لها. كما بنوا أنسجة صغيرة ثلاثية الأبعاد تحتوي على مئات الخلايا وقاسوا القوة الجماعية التي تولدها هذه الحزم الصغيرة أثناء انقباضها.

أظهرت النتائج تشابهًا صارخًا بين الخلايا المستزرعة مخبريًا والخلايا المأخوذة من المتبرعين البشر. فقد ولدت كلتا نوعي الخلايا قوى في نطاق متقارب، حيث سحبت بقوة تُقاس بمليارات من النيوتن لكل عمود. وقد أكد هذا أن الخلايا المشتقة من الخلايا الجذبية قادرة ميكانيكيًا على القيام بنفس العمل الذي تقوم به الخلايا الطبيعية. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضًا على فرق كبير في الموثوقية؛ إذ تباينت الخلايا المأخوذة مباشرة من الأبهر البشري بشكل كبير من دفعة إلى أخرى. فبعض الدفعات كانت مليئة بخلايا العضلات المطلوبة، بينما احتوت دفعات أخرى على أنواع أخرى من الخلايا في الغالب، وتغيرت قوتها وسلوكها بشكل غير متوقع اعتمادًا على عمر المتبرع والجزء المحدد من الشريان. وفي المقابل، كانت الخلايا المشتقة من الخلايا الجذعية متسقة بشكل ملحوظ؛ إذ تصرفت كل دفعة بنفس الطريقة، واستجابت للمفتاح الكيميائي بنفس الأسلوب، وأنتجت نفس مقدار القوة.

اختبر الباحثون أيضًا ما إذا كان بإمكانهم جعل خلايا المتبرعين الطبيعية تتصرف بشكل أكبر مثل النوع المنقبض الناضج باستخدام نفس العلاج الكيميائي. ووجدوا أن ذلك نجح، لكن الاستجابة كانت غير متسقة عبر دفعات الخلايا المختلفة؛ حيث استجابت بعض الدفعات بقوة، فأصبحت أقوى وأكثر انقباضًا، بينما أظهرت دفعات أخرى تغيرًا طفيفًا. هذا التباين جعل من الصعب استخلاص استنتاجات واضية عند استخدام خلايا المتبرعين وحدهم. وخلصت الدراسة إلى أنه على الرغم من فائدة الخلايا المأخوذة من المتبرعين البشر، إلا أنها تأتي مع الكثير من "الضجيج" لتكون الأداة المثالية لدراسة ميكانيكا الأوعية الدموية. أما الخلايا المشتقة من الخلايا الجذعية، فهي تقدم نموذجًا نظيفًا وقابلاً للتكرار؛ إذ يمكن تبديلها بين حالتي النمو والانقباض بدقة عالية، وهي تولد قوى تطابق الخلايا البشرية الحقيقية. وهذا يوفر للعلماء أداة معيارية موثوقة لدراسة كيفية عمل الأوعية الدموية، وكيفية انهيارها أثناء المرض، وكيف يمكن للأدوية الجديدة أن تساعد في علاجها، دون الارتباك الناتج عن التباين البشري الطبيعي.