التحكم بالخلايا باستخدام الضوء

يدرس علم الأدوية الضوئية Photopharmacology استخدام الضوء لإبطال أو تفعيل تأثير الأدوية. الآن، وللمرة الأولى، نجحت الفرق العلمية من ينا وميونخ ونيويورك في استخدام هذه الطريقة للتحكم في أحد مكونات الخلايا التي كانت تعتبر في السابق غير قابلة للوصول.

موجود في كل مكان والآن يمكن التحكم به بشكل انتقائي

يوضح البروفيسور هانز ديتر أرندت من جامعة فريدريش شيلر في ينا بألمانيا: “حتى الآن، لا توجد أدوية متاحة تستهدف الأكتين، لأن هذا البروتين موجود في كل مكان في الجسم، على سبيل المثال فإنه يوجد بكميات كبيرة في العضلات “. وقال أرندت، الباحث في الكيمياء العضوية: “لذلك فإن أدوية كهذه سيتراوح تأثيرها ما بين بسيط إلى معدوم الهدف. ومع ذلك، فإن مركباتنا الجديدة تحدث نشاطًا على الأكتين في المناطق التي تتعرض فيها الخلايا للضوء المناسب”.

لأن الأكتين هو مكون أساسي في بنية الخلية – بشكل أكثر دقة في الهيكل الخلوي – فإنه من الممكن الآن التلاعب بالخلايا الفردية بشكل انتقائي بدقة تصل إلى 10 ميكرومتر. يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا للتحكم في حركة الخلايا المُنتقاة. وقد أبلغ فريق البحث الدولي التابع لأرندت عن ذلك في المجلة الشهيرة للجمعية الكيميائية الأمريكية American Chemical Society.

الضوء البنفسجي للتنشيط، الضوء الأخضر للتثبيط

أثناء البحث، قامت المجموعة بتصنيع مُتشاكلة لمادة تعمل في شكلها الطبيعي على تقوية الهيكل الخلوي الأكتيني Actin Cytoskeleton في الكائن الحي: وهو عبارة عن شبكة من خيوط الأكتين ذات الطبيعة الديناميكية. أما المُتشاكلة المصنوعة مخبريًا، فقد تم تطويرها بشكل أكبر، بحيث تتغير بُنيتها عندما يسقط الضوء البنفسجي عليها. فعندما تتعرض للضوء البنفسجي يزيد ذلك من فاعليتها على جعل الهيكل الخلوي الأكتيني أكثر استقرارًا، حيث يزيد من التأثير المثبت لهذا المركب. بعد فترة زمنية معينة، أو عند تشغيل ضوء أخضر، يعود تركيب هذه المتشاكلة إلى شكلها الأساسي غير النشط ويتم استعادة الديناميكيات الطبيعية.

بعد أن تُمتص هذه المُتشاكلة، المسماة Optojasp، بواسطة الخلايا في التجارب المعملية، يمكن استخدام الضوء للتحكم بشكل خاص في حيوية الخلايا الفردية وتحركاتها – وكذلك عملية التواصل بين مكونات الخلية التي تحدث من خلال الهيكل الخلوي.

بالنظر إلى التطبيقات المستقبلية المحتملة، يبين أرندت: “من الممكن أن يتم استخدام هذه الطريقة في المستقبل لعلاج أمراض العين أو الجلد، أي الأعضاء التي يمكن أن تتعرض بسهولة للضوء. ويمكن أيضًا الاستفادة من هذه التقنية في مجال التجديد العصبي Neuroregeneration. والهدف هنا غالبًا هو تحفيز خلايا عصبية معينة على النمو فضلًا عن غيرها” يرى أرندت أيضًا إمكانية تطبيق طريقته على الخلايا المناعية عالية الحركة.

“أداة جديدة لعلم الأحياء”

يقول باحث ينا: “قبل كل شيء، أعتبرها أداة جديدة ومثيرة لعلم الأحياء “. “يجب أن تسهل هذه الجزيئات دراسة الأنظمة البيولوجية أكثر من المساعدة التي تقدمها البروتينات الحساسة للضوء Light-Sensitive Proteins، والتي يمكن توفيرها عن طريق الهندسة الوراثية. باستخدام Optojasps، يمكن دراسة التأثير على ديناميكية الأكتين مباشرةً – كل ما عليك فعله هو إضافة المركب والتعرض للإشعاع!”

الآن وقد ثبت أن الطريقة تعمل، يعمل أرندت وشركاؤه على تحسين هذه الجزيئات بشكل أكبر ودراستها بمزيد من التفصيل.

المصادر: 1