Liver Organoid Promotes Hepatic Differentiation of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells via Hippo Signaling

يعتبر الكبد البشري مصنعاً كيميائياً لا يكل، فهو يقوم بتصفية الدم، وتخزين الطاقة، وإنتاج البروتينات الضرورية للحياة. وعندما يفشل هذا العضو، غالباً ما يكون العلاج الوحيد هو عملية زرع، لكن الأعضاء المتبرع بها نادرة وتترتب على الجراحة مخاطر جسيمة. لطالما سعى العلماء لإيجاد طريقة لزراعة أنسجة كبدية جديدة في المختبر لاستبدال ما فُقد. وقد توجهوا إلى الخلايا الجذعية، وهي المادة الخام للجسم، القادرة على التحول إلى أنواع مختلفة من الخلايا. يمكن للباحثين توجيه هذه الخلايا الجذعية لتصبح خلايا شبيهة بالكبد، ولكن هناك عقبة: غالباً ما تظل هذه الخلايا المزروعة مخبرياً غير ناضجة، حيث تشبه خلايا الكبد الجنينية بدلاً من الخلايا القوية والكاملة الوظائف الموجودة في الكبد البالغ السليم. فهي تفتقر إلى القدرة الكاملة على أداء المهام المعقدة التي يحتاجها الكبد للقيام بها. ولحل هذه المشكلة، يبحث العلماء عن طرق لمساعدة هذه الخلايا الصغيرة على النضوج، آملين في إنشاء مصدر موثوق لأنسجة الكبد الصحية للعلاج واختبار الأدوية.

في دراسة حديثة، استكشف فريق من الباحثين طريقة لمساعدة هذه الخلايا الكبدية غير الناضجة على النمو. بدأوا بخلايا جذعية مأخوذة من الحبال السريلية لمواليد أصحاء. أولاً، وجهوا هذه الخلايا الجذعية لتصبح خلايا شبيهة بالكبد باستخدام مزيج محدد من عوامل النمو، وهي بروتينات طبيعية تخبر الخلايا بما يجب أن تصبح عليه. وبينما أظهرت هذه الخلايا بعض العلامات على التحول إلى خلايا كبدية، إلا أنها لم تكن جاهزة تماماً بعد. ثم جرب الباحثون نهجاً مختلفاً؛ فبدلاً من إبقاء الخلايا المسطحة في طبق، قاموا بخلط الخلايا الشبيهة بالكبد مع نوعين آخرين من الخلايا: خلايا جذعية من الحبل السري وخلايا تبطن الأوعية الدموية. ووضعوا هذا المزيج على هلام (جل) ناعم يشبه الهلام، يحاكي البيئة الطبيعية داخل الجسم. وفي غضون أيام قليلة، بدأت الخلايا تلتصق ببعضها البعض وتتجمع ذاتياً في كتل صغيرة ثلاثية الأبعاد. ويطلق الباحثون على هذه الهياكل اسم "عضويات الكبد" (liver organoids). وهي ليست أعضاء كاملة، بل هي نماذج مصغرة ذاتية التنظيم تشبه وتتصرف مثل أنسجة الكبد الحقيقية أكثر من الخلايا الموجودة في طبق مسطح.

أظهرت النتائج أن هذه الكتل الصغيرة ثلاثية الأبعاد أحدثت فرقاً كبيراً. فقد أنتجت الخلايا الشبيهة بالكبد داخل هذه العضويات مستويات أعلى بكثير من البروتينات المحددة التي ينتجها الكبد السليم، مثل الألبومين، الذي يساعد في الحفاظ على السوائل في الدم، وألفا-1-أنتيتريبسين، الذي يحمي الرئتين والكبد. في المقابل، أنتجت نفس الخلايا التي احتفظ بها في طبق مسطح ثنائي الأبعاد كميات أقل بكثير من هذه البروتينات الحيوية. بدا أن الهيكل ثلاثي الأبعاد قد "أيقظ" الخلايا، دافعاً إياها نحو حالة أكثر نضجاً وبالغاً. ولاحظ الباحثون أن الخلايا نظمت نفسها وفق نمط محدد: حيث تجمعت الخلايا الشبه كبدية معاً في الخارج، بينما استقرت خلايا الأوعية الدموية في المركز، مما خلق هيكلاً يشبه إلى حد كبير كيفية بناء أنسجة الكبد في الجسم.

ولفهم سبب نجاح هذا الترتيب ثلاثي الأبعاد بشكل جيد، نظر الفريق داخل الخلايا لمعرفة الإشارات النشطة. وركزوا على مسار محدد يُعرف باسم "مسار إشارات هيبو" (Hippo signaling pathway)، والذي يعمل كمفتاح رئيسي لنمو الخلايا ونضجها. وجزء رئيسي من هذا المفتاح هو جزيء يُسمى "YAP". في الخلايا المسطحة ثنائية الأبعاد، كان YAP نشطاً ومستقراً داخل النواة، وهي مركز التحكم في الخلية، حيث أبقى الخلايا في حالة أقل نضجاً. ومع ذلك، في العضويات ثلاثية الأبعاد، تغير الوضع؛ حيث انتقل جزيء YAP من النواة إلى جسم الخلية الرئيسي، حيث تم تعديله كيميائياً وإيقافه. وقد أشار هذا الانتقال في الموقع والنشاط إلى الخلايا بالتوقف عن البقاء شابة والبدء في التحول إلى خلايا كبدية ناضجة. ووجد الباحثون أنه عندما أجبروا YAP اصطناعياً على البقاء خارج النواة في الخلايا المسطحة، بدأت تلك الخلايا أيضاً في إنتاج المزيد من بروتينات الكبد، مما أكد أن نقل YAP خارج النواة هو خطوة حاسمة في عملية النضج.

تشير الدراسة إلى أن البيئة الفيزيائية للخلايا لا تقل أهمية عن الإشارات الكيميائية التي تتلقاها. فمن خلال إنشاء مساحة ثلاثية الأبعاد حيث يمكن للخلايا أن تتلامس وتنظم نفسها بشكل طبيعي، حفز الباحثون سلسلة من التفاعلات التي أدت إلى تطوير أفضل لخلايا الكبد. يقدم هذا الاكتشاف طريقة جديدة للتفكير في كيفية زراعة الأنسجة في المختبر؛ فهو يوضح أن مجرد توفير المواد الكيميائية الصحيحة ليس كافياً، بل تحتاج الخلايا أيضاً إلى الشكل والهيكل المناسبين للوصول إلى كامل إمكاناتها. ورغم أن عضويات الكبد هذه ليست جاهزة بعد لاستبدال كبد يعاني من الفشل لدى مريض، إلا أنها توفر أداة قوية لدراسة أمراض الكبد واختبار الأدوية الجديدة. والأهم من ذلك، أنها تكشف عن مسار واضح لتحسين كيفية زراعة الخلايا الكبدية، مما يقرب هدف الحصول على أنسجة كبدية مزروعة مخبرياً من الواقع.