يتم تحفيز الاستجابات الجهازية عند حدوث إصابة في العديد من الكائنات الحية وقد تساعد في الشفاء والتجدد؛ وقد شوهد هذا في الفئران، السلمندر، الزرد، والمستورقات. في نباتات المستورقات، وجد الباحثون أن مسار إشارات ERK، الذي ينتشر على طول خلايا عضلات جدار الجسم بمعدل أسرع مما كان يُعتقد سابقًا، يعد أمرًا بالغ الأهمية للتجديد، مما يعني ضمنًا عملية صنع قرار منسقة لتجديد الجسم بالكامل والتي توفر أيضًا نظرة ثاقبة لتطور السرطان: مثل الجرح غير الملتئم.
في بعض الكائنات الحية، يمكن أن يؤدي تلف جزء واحد من الجسم إلى تحفيز الشفاء في جزء آخر. تشير النتائج الحديثة إلى أن رد الفعل الجهازي هذا ليس من الآثار الجانبية: بل هو سمة رئيسية.
الفئران المصابة بإصابة في إحدى ساقيها كانت لديها خلايا جذعية في الساق الأخرى "مستيقظة"، كما لو كانت الخلايا تستعد لشفاء الإصابة. ويحدث شيء مماثل مع السمندل، الذي يتقن تجديد الأطراف. يؤدي تلف القلب في الزرد إلى حدوث تغييرات معينة في الأعضاء البعيدة مثل الكلى والدماغ.
وقال بو وانج، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية بجامعة ستانفورد: "في العديد من الكائنات الحية المختلفة، يمكنك رؤية استجابات الجسم بالكامل للإصابة. ولكن ما إذا كانت هذه الاستجابات تفعل أي شيء بالفعل، فمن غير الواضح". "وهذا ما نركز عليه."
وفي بحث جديد نُشر في مجلة Cell، وجد وانغ وزملاؤه أن هذا التنسيق بين الجسم بالكامل هو جزء أساسي من شفاء الجروح المستورقة وتجديد الأنسجة لاحقًا. إن فهم ما الذي يؤدي إلى تنشيط وإيقاف عملية التجديد، وكيفية تنسيقها، يمكن أن يفيد أيضًا الأبحاث في مجال السرطان، والذي غالبًا ما يُعتقد أنه جرح لا يلتئم أبدًا.
المستورقات عبارة عن ديدان مسطحة يبلغ طولها نصف بوصة ولها قوة خارقة: يمكنها التجدد في أي موقف تقريبًا. قم بتقطيع المستورقات إلى أربع قطع وسيكون لديك أربع ديدان مسطحة جديدة في غضون أيام قليلة. كما هو الحال في الفئران وسمك الزرد والسلمندر، يبدو أن الجرح في جزء واحد من الجسم المستورق يؤدي إلى استجابة في الأنسجة البعيدة.
أراد وانغ أن يفهم كيفية تنسيق هذه الاستجابات. إحدى الآليات المحتملة هي مسار الكيناز المرتبط بالإشارة خارج الخلية (ERK). تستخدم الخلايا مسار ERK للتواصل مع بعضها البعض وإرسال إشارات على شكل موجات. إذا أصيب النسيج، فإن أقرب خلية "تنقل" تلك المعلومات إلى الخلايا المجاورة، والتي بدورها تخبر جيرانها. تنتشر هذه الموجة في جميع أنحاء الجسم في نوع من لعبة الهاتف.
الآن هناك مشكلة واحدة فقط: أظهرت الأبحاث السابقة أن موجات ERK تتحرك ببطء شديد بحيث لا تكون ذات فائدة. وقال وانغ: "إذا قمت بنشر إشارة بسرعة 10 ميكرونات في الساعة، فقد يستغرق الأمر عدة أيام للانتقال خلال ملليمتر واحد". وبهذه السرعة، يتم تمرير الإشارات ببطء شديد من منطقة من الدودة إلى أخرى للمساعدة في التئام الجروح وتجديدها.
إن فهم العوامل التي تؤدي إلى تنشيط وإيقاف عملية التجديد يمكن أن يؤدي إلى تقدم في العلاجات والتدخلات الطبية، بما في ذلك التأثيرات المرتبطة بالسرطان. مصدر الصورة: مختبر وانغ/كلية الهندسة بجامعة ستانفورد
وهذا قد لا يكون مشكلة بالنسبة للبشر. قد يسمح نظام الدورة الدموية لدينا للإشارات بالانتقال بسرعة عبر الجسم. لكن المستورقات ليس لديها نظام الدورة الدموية لتسريع هذه العملية.
لذلك بدأ وانغ وزملاؤه بتتبع انتشار موجات ERK من أحد طرفي الحيوان إلى الطرف الآخر. ووجدوا أن الإشارات تنتقل أسرع بأكثر من 100 مرة من ذي قبل. بدلاً من الانتشار على طول خلايا جدار الجسم الطويلة جدًا، تنتشر موجات ERK على طول خلايا عضلات جدار الجسم الطويلة جدًا. تعمل هذه الخلايا بمثابة "طرق سريعة"، حيث ترسل إشارات مسرعة من أحد أطراف الجسم إلى الطرف الآخر. ليست أيامًا، بل ساعات.
وكانت الإشارات سريعة بما يكفي للمساعدة في العلاج، لكنهم ما زالوا لا يعرفون ما إذا كان الجسم بأكمله متورطًا أم لا.
لمعرفة ذلك، قام فان يوهانغ، وهو طالب دراسات عليا في مختبر وانغ، بقطع رأس المستورقات. عادة، ينمو رأس المستورق بسرعة من الجسم المتبقي بعد قطع الرأس. لكن فان منعت إشارة ERK من الانتقال إلى النصف الخلفي من الكائن الحي لاختبار ما إذا كانت موجات ERK مسؤولة عن تنسيق استجابات الشفاء لمسافات طويلة. عندما يتم حظر إشارات ERK، فإن الرأس لا يتعافى بشكل أبطأ فحسب، بل لا يتجدد على الإطلاق.
بعد ذلك، تساءل فان عما إذا كان من الممكن "إنقاذ" عملية التجديد واختبر ذلك عن طريق إزالة ذيل المستورقات، الأمر الذي من شأنه أن ينبه أنسجة الذيل إلى التلف. نما الذيل مرة أخرى ومن المدهش أن الرأس نما مرة أخرى أيضًا.
وقال وانغ: "الأمر المثير للاهتمام حقًا هو أنه يمكننا ضبط التأخير الزمني بين عمليات البتر". إذا قمت بقطع ذيل المستورق خلال ساعات قليلة من الإصابة الأولية، يمكنك إعادة تشغيل عملية الشفاء المحظورة. ولكن إذا انتظرت طويلاً، فلن يتجدد أي منهما.
وقال وانغ: "ما يعنيه هذا هو أن هناك نظامًا في الكائن الحي يصوت ليقول: حسنًا، الآن يجب علينا زراعة شيء ما، ويجب أن يوافق الجميع". حتى الخلايا البعيدة لها حقوق التصويت.
تُظهِر العديد من الحيوانات - مثل المستورقات ونجم البحر والسلمندر - قدرات شفاء وتجديدًا تفوق بكثير قدرات البشر. إن فهم سبب افتقارنا إلى هذه القدرة يمكن أن يؤدي إلى تقدم في العلاجات والتدخلات الطبية، بما في ذلك التأثيرات المرتبطة بالسرطان.
يوضح وانغ: "لا أحد منا يريد أن تكون الأنسجة في حالة إصابة دائمة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى السرطان". ويظهر بحثه أنه حتى في هذه الديدان، التي تتمتع بقدرات تجديدية مذهلة، في معظم الأوقات، يكون التجديد "متوقفًا" حتى يوافق الجسم بأكمله على أن الوقت قد حان "للتشغيل".
علاوة على ذلك، عندما قام وانغ وزملاؤه بتتبع موجات ERK المنتشرة عبر نباتات المستورقات، لاحظوا تشغيل وإيقاف مئات الجينات. على الرغم من أن البشر ونباتات المستورقات مرتبطون ببعضهم البعض بشكل بعيد جدًا، إلا أننا نتشارك في العديد من الجينات نفسها.
"وهذا يمنحنا نقطة دخول لتتبع هذه الجينات، مما يسمح لنا بمعرفة كيفية تجدد الحيوانات مع التحكم في خطر نمو السرطان غير المنضبط."