يعمل نخاع العظام في جسمك على إنتاج مليارات الخلايا يومياً دون أن تشعر بذلك. فهو بمثابة “مصنع الدم” القوي والصامت في الجسم، يعمل بجد في الخلفية بينما يضخ القلب ويتحكم الدماغ. ولا يلفت هذا النخاع الإسفنجي الانتباه إلا عند تشخيص سرطان الدم أو عندما يتوقف هذا النظام الحيوي عن العمل بشكل صحيح.
يُعد فهم كيفية إنتاج نخاع العظام للدم – وكيف يمكن أن تفشل هذه العملية بأكملها – أمراً بالغ الأهمية لمكافحة سرطانات الدم والاضطرابات الأخرى. ومع ذلك، تعتمد معظم أبحاث نخاع العظام على نماذج حيوانية غير بشرية ومزارع خلوية في المختبر. ولمعالجة هذه الفجوة، قام فريق من الباحثين في المجال الطبي الحيوي ببناء أول نموذج واقعي لنخاع العظام مصنوع بالكامل من خلايا بشرية. تم تفصيل هذا النموذج الجديد القائم على الخلايا البشرية في دراسة نُشرت اليوم في مجلة Cell Stem Cell ويمكن أن تؤدي إلى علاجات أكثر تخصيصاً وعلاجات سرطان أفضل وتساعد في تقليل اختبارات الحيوانات.
ما هو نخاع العظام؟
نخاع العظام هو نسيج ناعم ودهني يشبه الهلام يملأ التجاويف داخل العظام. يحتوي على خلايا تنتج خلايا الدم الحمراء وخلايا الدم البيضاء والصفائح الدموية، منتجة مليارات خلايا الدم الجديدة كل يوم. تقوم الخلايا الجذعية بإنتاج نخاع العظام الأحمر الذي يخلق خلايا دم جديدة وصفائح دموية للدم، بينما يتكون نخاع العظام الأصفر بشكل أساسي من الدهون والخلايا الجذعية التي تخلق العظام والغضاريف.
تعتبر عمليات زرع نخاع العظام التي تضخ خلايا جذعية مكونة للدم صحية في الجسم لاستبدال النخاع الذي لا ينتج ما يكفي من خلايا الدم الصحية علاجاً شائعاً لأمراض نخاع العظام. يستهدف سرطان الدم – وهو سرطان شائع جداً في الدم ونخاع العظام – نخاع العظام مباشرة. يتكون نتيجة لطفرة خلوية في نخاع العظام، حيث تتكاثر الخلايا المتحولة بشكل خارج عن السيطرة وتقلل من إنتاج الخلايا الصحية الطبيعية. يمكن أن يؤثر على أي شخص، لكنه أكثر أنواع السرطان شيوعاً لدى الأطفال والمراهقين. وفقاً لمستشفى سانت جود للأطفال، يتم تشخيص حوالي 3,500 إلى 4,000 حالة جديدة سنوياً في الولايات المتحدة.
تشمل بعض الحالات الأخرى المرتبطة بالدم والتي غالباً ما تكون مرتبطة بنخاع العظام الذي يعمل بشكل غير طبيعي الورم النقوي المتعدد (حيث ينتج الجسم خلايا بلازما سرطانية داخل نخاع العظام) وفقر الدم اللاتنسجي (لا ينتج نخاع العظام ما يكفي من خلايا الدم).
إعادة إنشاء بيئات نخاع العظام المتخصصة
من المهم ملاحظة أن نخاع العظام ليس موحداً. فهو لا يأتي باللونين الأحمر والأصفر فحسب، بل يتكون نخاع العظام من عدة بيئات متخصصة دقيقة، تسمى المواقع البيئية. أحد هذه المواقع يسمى الموقع البيئي السمحاقي وهو مهم لتكوين الدم ويرتبط بمقاومة سرطان الدم للعلاجات. يقع الموقع البيئي السمحاقي بالقرب من سطح العظام، ويتكون من الأوعية الدموية وخلايا العظام والأعصاب وخلايا المناعة. لم تشمل نماذج نخاع العظام البشرية السابقة جميع هذه المكونات الخلوية المعقدة، بينما يشملها هذا النموذج الجديد.
لبناء هذا النسيج المعقد الجديد، استخدم الفريق بنية عظمية اصطناعية مصنوعة من الهيدروكسي أباتيت – وهو مكون طبيعي للعظام والأسنان يجعلها صلبة. ثم استخدموا خلايا بشرية معاد برمجتها إلى مجموعة مهمة من الخلايا تسمى الخلايا الجذعية متعددة القدرات. يمكن استخدام هذه الخلايا الجذعية لإنشاء أي خلية أو نسيج يحتاجه الجسم وأنواع خلوية متخصصة مختلفة اعتماداً على الإشارات التي تتلقاها في بيئتها.
تم إدخال الخلايا الجذعية بعد ذلك في البنية العظمية الاصطناعية. ولمحاكاة ما يحدث في جسم الإنسان بشكل أفضل، قام الفريق بتوجيه الخلايا لإنتاج أنواع الخلايا المتنوعة التي يتم إنتاجها في نخاع العظام الحقيقي.
وجد الباحثون أن هذا النموذج ثلاثي الأبعاد يشبه إلى حد كبير الموقع البيئي السمحاقي البشري الحاسم. بقطر ثمانية ملليمترات (أقل من نصف بوصة) وسمك أربعة ملليمترات، فهو أيضاً أكبر من الأنظمة السابقة المستخدمة لدراسة نخاع العظام. يمكن للنموذج أيضاً مساعدة الباحثين على دعم تكوين الدم البشري في المختبر لأسابيع.
“لقد تعلمنا الكثير عن كيفية عمل نخاع العظام من دراسات الفئران،” قال الدكتور إيفان مارتن، أحد مؤلفي الدراسة ومهندس طبي حيوي في جامعة بازل بسويسرا، في بيان صحفي. “ومع ذلك، فإن نموذجنا يقربنا من بيولوجيا الكائن البشري. يمكن أن يكون بمثابة مكمل للعديد من تجارب الحيوانات في دراسة تكوين الدم في الحالات الصحية والمرضية على حد سواء”.
خطوة نحو الطب الشخصي
في المستقبل، يمكن استخدام هذا النظام المصنوع في المختبر لتطوير أدوية وعلاجات جديدة لعلاج أمراض الدم.
“ومع ذلك، لهذا الغرض المحدد، قد يكون حجم نموذج نخاع العظام لدينا كبيراً جداً،” أضاف الدكتور أندريس غارسيا غارسيا، المؤلف المشارك في الدراسة. من أجل اختبار مركبات وجرعات متعددة في نفس الوقت، سيحتاج النموذج إلى أن يكون أصغر قليلاً.
يمكن استخدامه أيضاً لتطوير علاجات أكثر تخصيصاً لسرطانات الدم، باستخدام نموذج لنخاع عظام المريض ومولد من خلاياه الخاصة.
