Mural-VISTA: A tool for mural cell-vessel interaction assessment and multiscale single-cell topo-morphological analysis

داخل جدران أوعيتنا الدموية، تجري شراكة هادئة ولكنها حيوية بين الوعاء نفسه والخلايا التي تلتف حوله. هذه الخلايا الملتفة، المعروفة باسم الخلايا الجدارية (mural cells)، تشمل الخلايا الحولية (pericytes) وخلايا العضلات الملساء الوعائية. وهي ليست مجرد أغلفة سلبية؛ بل تعمل بنشاط على تشكيل وتثبيت الأنابيب الدقيقة التي تنقل الدم في جميع أنحاء الجسم. ولفهم كيفية عمل هذه الخلايا، يجب على العلماء النظر إلى شكلها ثلاثي الأبعاد. لسنوات طويلة، اعتمد الباحثون على صور مسطحة ثنائية الأبعاد لدراسة هذه الخلايا، وهي طريقة تُسطّح الفروع المعقدة والمتعرجة للخلايا في مستوى واحد. وغالبًا ما يخفي هذا النهج الطبيعة الحقيقية للخلية، مما يؤدي إلى تداخل أجزاء مختلفة وحجب الكيفية الدقيقة التي تلمس بها الخلية وتتفاعل مع الوعاء الذي تحيط به. وبدون رؤية واضحة للهيكل ثلاثي الأبعاد الكامل، يصعب قياس كيفية تغير هذه الخلايا عندما تتغير كيمياؤها الداخلية.

ولحل هذه المشكلة، طور الباحثون أداة رقمية جديدة تسمى "Mural-VISTA". وهذا برنامج حاسوبي متخصص مصمم لأخذ نماذج معقدة ثلاثية الأبعاد للخلايا والأوعية وقياسها بدقة عالية. وبدلاً من النظر إلى صورة مسطحة، تعمل الأداة مع شبكة سطحية مُعاد بناؤها، وهي في الأساس "جلد رقمي" يُبنى فوق شكل الخلية. يتيح البرنامج للعالم تتبع مركز الوعاء بشكل تفاعلي، ثم فصل الأجزاء المختلفة من الخلية بعناقة، والتمييز بين الجسم الرئيسي والفروع الطويلة والنحيفة التي تمتد للخارج. وبمجرد فصل الأجزاء، يقوم البرنامج بحساب ستة وثلاثين قياسًا مختلفًا. تصف هذه المقاييس شكل الخلية عند ثلاثة مستويات مختلفة: القطع الصغيرة من الفرع، والفرع بأكمله، والخلية بأكملها كوحدة واحدة. ومن خلال استخدام هذه القياسات، يمكن للباحثين تحديد كيفية بناء الخلية بدقة وكيفية استقرارها بالنسبة لجدار الوعاء.

استخدم الفريق هذه الأداة الجديدة للتحقيق فيما يحدث عندما يتغير نشاط بروتين معين داخل الخلية، يسمى "RhoA". إن "RhoA" هو جزيء يساعد في التحكم في الهيكل الداخلي للخلية، والذي يحدد شكلها وصلابتها. اختبر الباحثون سيناريوهين: أحدهما حيث تم قفل البروتين في حالة نشطة دائمًا، والآخر حيث انخفض نشاطه بشكل كبير. وعندما فُرض بقاء البروتين نشطًا، كشفت الأداة أن الخلايا أصبحت أبسط في هيكلها؛ حيث نمت الفروع بشكل أقل واستقامة، وتماشى اتجاهها بشكل أوثق مع الوعاء. حدث هذا التغيير في كلا النوعين من الخلايا الجدارية. ومع ذلك، اكتشفت الأداوة أيضًا فرقًا بين نوعي الخلايا؛ فبينما جعل البروتين النشط الخلية بأكملها وفروعها أكثر تماسكًا وتماسكًا في خلايا العضلات الملساء الوعائية، فإن هذا التغيير المحدد لم يحدث في الخلايا الحولية (pericytes).

وعندما خفض الباحثون نشاط البروتين، كانت النتائج مختلفة مرة أخرى واعتمدت على نوع الخلية. ففي الخلايا الحولية، أصبحت الفروع أكثر عددًا وأقل تماسكًا، وانتشرت بشكل أكبر من المعتاد. وفي المقابل، لم تظهر خلايا العضلات الملساء الوعائية هذا الزيادة نفسها في عدد الفروع أو النقص في التماسك. يشير هذا إلى أن نوعي الخلايا الجدارية يتفاعلان بشكل مختلف عندما يتم خفض نفس الإشارة الداخلية. تؤكد الدراسة أن شكل هذه الخلايا ليس عشوائيًا، بل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بإشاراتها الكيميائية الداخلية وعلاقتها الفيزيائية بالوعاء. ومن خلال توفير وسيلة لقياس هذه الأشكال المعقدة في ثلاثة أبعاد، يوفر برنامج "Mural-VISTA" نافذة أوضح على كيفية حفاظ هذه الخلايا الأساسية على صحة أوعيتنا الدموية.