Establishment of a human pluripotent stem cell-derived sensory neuron model for diabetic peripheral neuropathy and pharmacological evaluation

بالنسبة لملايين الأشخاص الذين يعيشون مع مرض السكري، يمكن لمضاعفة صامتة ومؤلمة أن تتسلل إلى أعصاب أيديهم وأقدامهم. هذه الحالة، المعروفة باسم الاعتلال العصبي المحيطي السكري، تبدأ بفقدان الإحساس، والذي يوصف غالباً بأنه تنميل يتسلل عبر الأطراف مثل الجوارب أو القفازات. ومع مرور الوقت، يزداد الضرر عمقاً، مما يؤدي إلى ذبول وموت الألياف الطويلة والنحيفة التي تنقل الإشارات من الجلد إلى الدماغ من الخارج نحو الداخل. وبينما يمكن للأطباء إدارة الألم، لا يوجد حالياً علاج يمكنه وقف أو عكس هذا التدهور العصبي. لقد تعثر البحث عن مثل هذا العلاج بسبب مشكلة جوهرية: افتقار العلماء إلى وسيلة موثوقة لدراسة الخلايا العصبية البشرية في المختبر. فالخلايا داخل الفأر أو الجرذ تتصرف بشكل مختلف عن تلك الموجودة لدى الإنسان، كما أن أخذ أنسجة عصبية مباشرة من المرضى البشريين غالباً ما يكون مستحيلاً. وبدون نموذج بشري يحاكي المرض بدقة، فإن اختبار الأدوية الجديدة يشبه محاولة إصلاح محرك معقد دون رؤية المحرك نفسه أبداً.

لقد قام فريق من الباحثين في مستشفى منطقة شوني ببيجين ببناء ذلك المحرك المفقود. فقد أنشأوا نموذجاً مختبرياً باستخدام خلايا جذعية بشرية تنمو لتصبح عصبونات حسية ناضجة، وهي نوع الخلايا العصبية المحدد الذي يتضرر في الاعتلال العصبي السكري. ومن خلال تعريض هذه الخلايا البشرية لمستويات السكر العالية والإجهاد التأكسدي الموجود في مرض السكري، تمكن العلماء من مشاهدة تلف الأعصاب يحدث في الوقت الفعلي. ويؤكد عملهم أن الضرر ناتج عن الآثار السامة للسكر على أنظمة الطاقة في الخلية، وليس فقط بسبب الضغط الفيزيائي لمستويات السوائل العالية. والأهم من ذلك، أنهم أظهروا أن هذا النموذج يمكنه التنبؤ بما إذا كان الدواء سيحمي الأعصاب. فعندما اختبروا ثلاثة أدوية موجودة، نجت الخلايا وظلت الفروع الطويلة والدقيقة للأعصاب سليمة، مما يفتح مساراً جديداً لإيجاد علاجات يمكنها بالفعل إصلاح الضرر.

لفهم كيفية عمل هذا النموذج الجديد، يجب على المرء أولاً النظر إلى مصدر الخلايا. بدأ الباحثون بخلايا جذعية بشرية متعددة القدرات، وهي نوع خاص من الخلايا القادرة على التحول إلى أي نسيج في الجسم. وباستخدام تسلسل مدروس زمنياً من الإشارات الكيميائية، وجهوا هذه الخلايا الجذعية لتصبح عصبونات حسية. استغرقت هذه العملية خمسة وثلاثين يوماً. ولم تكن الخلايا الناتجة مزيجاً مختلطاً من أنواع مختلفة؛ بل كانت مجتمعاً نقياً من العصبونات الحسية، تم التحقق منه من خلال وجود علامات محددة تحدد هويتها كعصبونات حسية وغياب العلامات الخاصة بالعصبونات الحركية. كانت هذه النقاء ضرورياً، حيث ضمن أن أي ضرر لوحظ لاحقاً يحدث تحديداً للأعصاب الحسية المعنية بالمرض، بدلاً من الاختلاط بأنواع أخرى من الخلايا.

ومع توفر إمداد موثوق من العصبونات الحسية البشرية، شرع الفريق في إعادة إنشاء ظروف الاعتلال العصبي السكري في طبق مخبري. كانوا يعلمون أن المرضى المصابين بهذه الحالة يعانون من ارتفاع مزمن في سكر الدم، مما يؤدي في النهاية إلى تراكم جزيئات ضارة تسمى أنواع الأكسجين التفاعلية التي تدمر "محطات الطاقة" في الخلية، وهي الميتوكوندريا. ولمحاكاة ذلك، قاموا أولاً بتعريض الخلايا لتركيز عالٍ من الغلوكوز لمدة أربع وعشرين ساعة. ثم أضافوا دفعة من بيروكسيد الهيدروجين لإحداث إجهاد تأكسدي حاد، مما يحاكي الطفرات المفاجئة في الضرر التي تحدث في الجسم. وكانت الخطوة الحاسمة في تصميمهم هي استبعاد خلط شائع في الدراسات السابقة: أرادوا معرفة ما إذا كان الضرر ناتجاً عن السكر نفسه أم ببساطة عن حقيقة أن السكر العالي يجعل السائل في الطبق أكثر كثافة وضغطاً. ولاختبار ذلك، أضافوا مادة تسمى المانيتول إلى مجموعة ضابطة لخلق نفس الضغط الفيزيقي دون السكر. عانت الخلايا في مجموعة السكر من ضرر كبير، بينما ظلت الخلايا في مجموعة الضغط فقط صحية. أثبت هذا أن الإصابة مدفوعة بالسمية الأيضية للغلوكوز، وليس بالضغط الفيزيائي.

بمجرد إنشاء نموذج الإصابة، اختبر الباحثون ما إذا كان بإمكانهم تحديد الأدوية التي قد تحمي الأعصاب. اختاروا ثلاث مركبات معروفة بقدرتها على تقليل الإجهاد أو تحسين صحة الخلايا: إن-أسيتيل سيستين، ومينوسيكلين، وميتفورمين. وقبل تعريض الخلايا للإجهاد الضار، منحوا الخلايا انطلاقة استباقية لمدة ساعتين باستخدام أحد هذه الأدوية. كانت النتائج واضحة؛ فالخلايا غير المعالجة، التي غلب عليها الإجهاد، أظهرت طفرة هائلة في الجزيئات الضارة وانهياراً في وظيفة الميتوكوندريا لديها. وفي المقابل، حافظت الخلايا المعالجة بالأدوية على توازنها الداخلي؛ حيث تم كبح الجزيئات الضارة، وظلت الميتوكوندريا المنتجة للطاقة مستقرة. نجحت الأدوية الثلاثة في منع الموت الفوري للخلايا، حيث أظهر "إن-أسيتيل سيستين" أقوى تأثير في استعادة البيئة الداخلية للخلية.

ومع ذلك، فإن الاختبار الحقيقي لنموذج الاعتلال العصبي السكري ليس فقط في قدرته على إبقاء الخلية حية لبضع ساعات، بل في قدرته على منع الموت البطيء والمتزايد للفروع الطويلة للعصب. ففي المرضى، يتميز المرض بنمط "الموت التراجعي" حيث تنهار النهايات البعيدة للأعصاب أولاً. ولمعرفة ما إذا كان نموذجهم يمكنه رصد ذلك، ترك الباحثون التجربة مستمرة لمدة واحد وعشرين يوماً. في المجموعة التي لم تتلقَ علاجاً دوائياً، بدأت شبكة الألياف العصبية في التجزؤ والاختفاء، وفقدت ما يقرب من سبعين بالمائة من هيكلها خلال الأسابيع الثلاثة، وهو ما يحاكي التآكل المشاهد لدى المرضى البشريين. ولكن في المجموعات التي تلقت فيها الخلايا علاجاً دوائياً مبكراً، ظلت الشبكات العصبية قوية ومتصلة. لم تكتفِ الأدوية بإبقاء الخلايا على قيد الحياة فحسب، بل حافظت على البنية المعقدة للأعصاب، ومنعت التدهور طويل الأمد الذي يميز المرض.

تقدم هذه الدراسة خطوة مهمة في المعركة ضد الاعتلال العصبي السكري من خلال تقديم أداة تتحدث لغة البيولوجيا البشرية. لقد أثبت الباحثون أن بإمكانهم زراعة عصبونات حسية بشرية نقية، وإخضاعها للإجهادات الأيضية المحددة لمرض السكري، ومراقبة الضرر الناتج بدقة عالية. ومن خلال إثبات أن الضرر هو ضرر أيضي وليس فيزيائياً، ومن خلال إظاء أن النموذج يمكنه اكتشاف كل من الإنقاذ الخلوي الفوري والحماية الهيكلية طويلة الأمد، فقد أنشأوا منصة جاهزة للاستخدام. يسمح هذا النظام للعلماء بفحص العلاجات المحتملة بمستوى من الثقة كان مستحيلاً في السابق، مما يسد الفجوة بين التجارب المختبرية والواقع المعقد للمرض البشري. ويشير العمل إلى أنه مع توفر الأدوات المناسبة، فإن البحث عن علاجات يمكنها وقف أو عكس تلف الأعصاب لم يعد مجرد أمل، بل أصبح إمكانية ملموسة قائمة على أسس البيولوجيا البشرية.