يتزايد العبء الذي تفرضه الاضطرابات العصبية عالميًا بوتيرة سريعة، لا سيما في ظل ارتفاع عدد كبار السن في جميع أنحاء العالم. ويأتي مركز بحوث الاضطرابات العصبية كأحد مراكز الأبحاث الرئيسية في معهد قطر لبحوث الطب الحيوي التابع لجامعة حمد بن خليفة، وهو يجري أبحاثًا تركز على الاضطرابات العصبية ذات الانتشار الواسع في دولة قطر والمنطقة العربية، ويهدف إلى فهم الآليات الجزيئية للأمراض بغرض تسهيل التشخيص والتدخل العلاجي للاضطرابات العصبية باستخدام استراتيجيات مبتكرة. في هذه الحلقة من سلسلة رؤى معهد قطر لبحوث الطب الحيوي، يناقش الدكتور يونجسو بارك، العالم في مركز بحوث الاضطرابات العصبية، تطبيقًا محتملاً لبعض الجسيمات النانوية المشتقة بيولوجيًا والمعروفة باسم الحويصلات خارج الخلية، في تحسين التشخيص المبكر للأمراض العصبية وعلاجها.

ما هي الحويصلات خارج الخلية؟ 

الحويصلات الواقعة خارج الخلية هي جسيمات نانوية دهنية ثنائية الطبقة موجودة في جميع سوائل الجسم. تتكون هذه الحويصلات من الأكسوزومات والأكتوسومات التي تتميز بعدة معايير منها التكوين الحيوي والمحتوى والحجم ومسارات الانطلاق والوظيفة (1) (الشكل 1). تنشأ الأكسوزومات التي يتراوح قطرها بين 50 إلى 150 نانومتر من المسار الداخلي، وهو نظام ديناميكي مترابط يسمح بنقل الحمولة بين الحيز المرتبط بالغشاء، ويتم إطلاق هذه الأكسوزومات أثناء اندماج الغشاء في الأجسام متعددة الحويصلات مع غشاء البلازما. ومن ناحية أخرى، يتم إفراز الأكتوسومات التي يتراوح قطرها من 50 نانومتر إلى 1 ميكرومتر مباشرة من خلال غشاء البلازما (1). وقد وُصفت تركيبة الحويصلات خارج الخلية لأول مرة في عام 1946 على أنها "جزيئات مشتقة من الصفائح الدموية القابلة للتخثر" (2)، ومن جانبه، حدد بيتر وولف الحويصلات الدقيقة على أنها "غبار الصفائح الدموية" في عام 1967 (3). ومع ذلك، تبين الأبحاث التي أجريت حديثًا أن الحويصلات خارج الخلية تفرزها أنواع مختلفة من الخلايا وتشارك في الاتصال بين الخلايا من خلال النقل الأفقي للجزيئات الحيوية مثل البروتينات والحمض النووي الريبوزي (الشكل 1).

الشكل (1): الحويصلة خارج الخلية في اتصال الخلايا ببعضها البعض. (أ) الأكسوزومات غير متجانسة في الحجم والمحتوى والتكوين الحيوي. (ب) الأكتوسومات والحويصلات خارج الخلية تشارك في اتصال الخلايا ببعضها البعض عن طريق تحفيز الإشارات بوساطة المستقبل والانقسام الخلوي الداخلي في الخلايا المستقبلة. مقتبس من مرجع (1).

الحويصلات خارج الخلية كمؤشرات حيوية للاضطرابات العصبية

تلعب الحويصلات خارج الخلية أدوارًا مهمة في صحة الإنسان والأمراض التي تصيبه، ولها فائدة سريرية محتملة كمؤشرات حيوية مستحدثة تساعد في التشخيص وتحديد الأهداف العلاجية (الشكل 2). ويمكن أن تكون محتويات هذه الحويصلات مؤشرات حيوية غير توغلية للعديد من أنواع الأمراض المختلفة. ونظرًا لأن الحويصلات خارج الخلية يمكنها عبور الحاجز الدموي الدماغي، وهو حد إضافي شبه نافذ يفصل بين دورة الدم والدماغ، فإن بروتينات الحويصلات خارج الخلية والحمض النووي الريبوزي تعتبر مؤشرات حيوية جيدة للأمراض والاضطرابات العصبية التنكسية، بما في ذلك أمراض الزهايمر وباركنسون (4). وقد تم تحليل الأكسوزومات المعزولة من الدم والسائل النخاعي لمرضى باركنسون والزهايمر للتعبير الفارق لفئة من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة غير المشفرة والمعروفة باسم المايكرو رنا (5). كما تدعم التغييرات الواقعة في خصائص بروتين الأكسوزومات لدى المرضى الفرضية القائلة بأن الحمض النووي الريبوزي / بروتينات الأكسوزومات المستخلصة من الخزعة السائلة يمكن أن تكون فعالة في الكشف المبكر عن مرضي الزهايمر وباركنسون (6).

الشكل (2): الاستفادة من الحويصلة خارج الخلية في التطبيقات السريرية. تتضمن حمولة هذه الحويصلة جزيئات نشطة بيولوجيًا على سطحها ومحتوياتها الجزيئية (الحمض النووي الريبوزي، ومرسال الحمض النووي الريبوزي، والمايكرو رنا، والحمض النووي الريبوزي الدائري، والمستقلبات، وبروتينات الصدمة الحرارية، والإنزيمات). وتلعب الحويصلات خارج الخلية ومكوناتها أدوارًا متعددة في حدوث الأمراض ولها خصائص فيزيائية كيميائية فريدة، وبالتالي تتوفر بها فائدة سريرية محتملة باعتبارها مؤشرات حيوية بالإضافة إلى أنها تمثل أهدافًا وعوامل علاجية. مقتبس من مرجع (7).

الحويصلات خارج الخلية واضطراب طيف التوحد 

اضطراب طيف التوحد هو اضطراب معقد يصيب النمو العصبي ويواكبه تحديات مستمرة في التفاعل الاجتماعي والقدرة على الكلام والتواصل غير اللفظي والسلوكيات المقيدة / المتكررة. وتجعل الطبيعة متعددة الأوجه لاضطراب طيف التوحد من الصعب تشخيص المرض سريريًا. كما أن خصوصية المؤشرات الحيوية للحويصلة خارج الخلية لدى المصابين بالتوحد غير معروفة في الوقت الحالي. وقد تحمل الحويصلات خارج الخلية الحمض النووي الريبوزي / البروتينات الخاصة باضطراب طيف التوحد التي تعكس مدى شدة الإصابة به.

على مدار العشرين عامًا الماضية، استخدم الدكتور بارك تقنيات متقدمة ومتعددة التخصصات منها الفيزيولوجيا الكهربائية وبيولوجيا الخلايا والتصوير الإشعاعي والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في علم الأعصاب الجزيئي لترجمة البحوث الأساسية إلى استراتيجيات تشخيصية وعلاجية للاضطرابات العصبية والنفسية. وفي معهد قطر لبحوث الطب الحيوي، تتضمن الأهداف البحثية لمجموعة الدكتور بارك تحديد والتحقق من المؤشرات الحيوية الخاصة باضطراب طيف التوحد التي تنشأ من الحويصلات خارج الخلية في عينات الدم لمرضى التوحد من خلال تطبيق نهج مستهدف يجمع بين الجينوميات والبروتينات الوراثية للتشخيص المبكر للمرض (الشكل 3). ويُجري الفريق البحثي للدكتور بارك أيضًا دراسات فيزيولوجية كهربائية للفحص الوظيفي للتحقق من صحة الخلايا العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية المحفزة والمستمدة من المريض، باستخدام تصوير الكالسيوم، وتقنية تثبيت رقعة الخلية الكاملة ومجموعة الأقطاب الكهربائية الدقيقة، من أجل نمذجة الأمراض التي تصيب النمو العصبي والأمراض العصبية التنكسية (8). علاوة على ذلك، يهتم الفريق بتشريح الآليات الجزيئية لاندماج الحويصلة المتضمنة في التنكس العصبي واضطرابات النمو العصبي (10، 9).

الشكل (3): عرض تخطيطي للأهداف البحثية لمجموعة الدكتور بارك. عزل الحويصلة خارج الخلية من بلازما مرضى اضطراب طيف التوحد باستخدام كروماتوجرافيا الإقصاء الحجمي للحصول على درجة نقاء عالية. فرز الحويصلات خارج الخلية العصبية ومن البلازما باستخدام قياس التدفق الخلوي. مناهج علم الجينوم والبروتينات الوراثية بما في ذلك التحليل الكروماتوجرافي بالسائل باستخدام مقياس كتلة الطيف لتحديد مؤشرات حيوية تتعلق ببروتين جديد ومحدد ومرسال الحمض النووي الريبوزي للمصابين باضطراب طيف التوحد كجزء من تطبيقات الطب الدقيق للتنبؤ بمدى شدة الإصابة بهذا المرض.

المشاركون في هذه الدراسة:

مساهمة ورسوم توضيحية: الدكتور يونجسو بارك (عالم، معهد قطر لبحوث الطب الحيوي) 

المحررون: الدكتور أدفيتي نايك (باحث ما بعد الدكتوراه، معهد قطر لبحوث الطب الحيوي) والدكتور براسانا كولاتكار (عالم أول، معهد قطر لبحوث الطب الحيوي)

لتصفح المراجع، يُرجى الضغط هنا.