يكشف التصوير البصري المتقدم عن نشاط أيضي خفي في خلايا المناعة في الدم

طبقة جديدة من المعلومات في عينات الدم الروتينية

تحتوي كل عينة دم روتينية على مجموعة متنوعة من خلايا المناعة، والمعروفة مجتمعة باسم الخلايا أحادية النوى في الدم المحيطي (PBMCs). وتُعد هذه الخلايا عنصراً أساسياً في مسارات العمل السريرية والبحثية، إذ توفر نافذة على العدوى والأمراض المناعية الذاتية والسرطان وكيف يستجيب جهاز المناعة لدى المريض للعلاج. لكن الأساليب التقليدية لتحليل PBMCs، التي تعتمد على علامات فلورية ترتبط بواسمات سطحية، تكشف فقط أنواع الخلايا الموجودة، لا كيفية عمل تلك الخلايا فعلياً. علاوة على ذلك، يمكن لعملية التحضير نفسها أن تغيّر الخلايا، ما قد يشوّه النتائج.

الآن، تُظهر دراسة جديدة نُشرت في Biophotonics Discovery كيف يمكن للتصوير البصري المتقدم أن يكشف بُعداً كان مخفياً سابقاً: النشاط الأيضي لخلايا المناعة الفردية داخل عينة معقدة ومتغايرة. وقد طور هذا النهج الخالي من الوسم باحثون في Morgridge Institute for Research وجامعة ويسكونسن-ماديسون، وقد يغير طريقة تفسير الأطباء والعلماء للكم الهائل من البيانات الموجودة في سحب دم بسيط.

لماذا تهم PBMCs

قالت ميليسا سكالا، المؤلفة الرئيسية للدراسة والباحثة في Morgridge Institute وجامعة ويسكونسن-ماديسون، إن PBMCs يمكن عزلها بسهولة كبيرة من العينات السريرية وهي بالفعل جزء من سير العمل السريري والعلاجي. "يمكن عزل PBMCs سريرياً بسهولة كبيرة، وهي مستخدمة بالفعل في سير العمل السريري"، قالت سكالا. "لذا يبقى السؤال: ماذا يمكننا أن نحصل منها ولا نحصل عليه بالفعل؟"

يحمل هذا السؤال وزناً سريرياً متزايداً. فـ PBMCs تُدرس بانتظام في حالات متنوعة مثل سرطانات الدم والإنتان والذئبة وحتى التدهور المعرفي. كما تُستخدم كمادة أولية لعلاجات CAR T-cell، حيث تُهندس خلايا المناعة الخاصة بالمريض لتتعرف على السرطان وتهاجمه. في مثل هذه التطبيقات، فإن فهم ليس فقط عدد خلايا المناعة الموجودة، بل أيضاً مدى نشاطها الأيضي ولياقتها، قد يوفر رؤى أعمق حول تطور المرض ونتائج العلاج.

على سبيل المثال، قد يبدو لدى مريض الإنتان عدد خلايا مناعية طبيعياً، لكن الخلايا الفردية قد تكون مرهقة أيضياً أو مفرطة النشاط. وبالمثل، في تصنيع خلايا CAR T-cell، من المرجح أن تؤثر الصحة الأيضية للخلايا التي جرى حصادها في جودة المنتج العلاجي النهائي وفعاليته. ومع ذلك، تجاهلت طرق التحليل الروتينية حتى الآن إلى حد كبير هذا البعد الوظيفي.

قيود تقنيات الوسم التقليدية

تقليدياً، تطلب قياس أيض الخلايا المناعية إما عزل مجموعات خلوية محددة أو إضافة علامات فلورية ومجسات كيميائية. وتأتي هذه الاستراتيجيات مع عيوب كبيرة. فعزل الخلايا يخلّ بالتفاعل الطبيعي بين الأنواع المختلفة من الخلايا المناعية، وهو أمر قد يكون مهماً وظيفياً. كما يمكن للأصباغ الفلورية والمجسات الكيميائية أن تزعج السلوك الخلوي، أو تستهلك العينة، أو تقدم لقطة ثابتة فقط بدلاً من رؤية آنية للنشاط الخلوي.

علاوة على ذلك، قد تدمر هذه الأساليب الخلايا أو تغيّرها بشكل دائم، ما يجعل من الصعب أو المستحيل استخدامها لاحقاً في تطبيقات مثل العلاج الخلوي. كما أنها تميل إلى التعامل مع العينة ككل، فتُسطح الفروق بين الخلايا الفردية التي قد تكون ذات أهمية بيولوجية. فمثلاً، قد يحتوي الورم على خلايا مناعية بحالات أيضية شديدة الاختلاف، وسيؤدي القياس الإجمالي إلى إخفاء هذا التغاير.

تتجنب الدراسة الجديدة هذه المشكلات بالكامل. فهي تستخدم تقنية غير إتلافية تقيس الأيض في خلايا المناعة الفردية بينما تظل جزءاً من مجموعة PBMC المختلطة، مما يحافظ على البيئة النسيجية الطبيعية ويسمح بمزيد من التحليل بعد التصوير.

التصوير الأيضي البصري: نهج بلا وسم

استخدم الباحثون تقنية تُسمى التصوير الأيضي البصري (OMI)، والتي طُورت وصُقلت في مختبر Skala. وتعتمد OMI على الفلورية الطبيعية للأنزيمات المساعدة الأيضية الرئيسية، وتحديداً NADH وFAD، المشاركتين في إنتاج الطاقة الخلوية. وعندما تكون خلايا المناعة نشطة أيضياً، تتغير تراكيز هذه الأنزيمات المساعدة ونِسَبها، وتتغير فلوريتها الطبيعية تبعاً لذلك.

ومن خلال إثارة هذه الجزيئات بضوء منخفض الشدة والتقاط الإشارات المنبعثة، يمكن لـ OMI رسم خريطة للنشاط الأيضي بدقة خلية واحدة من دون إضافة أي وسوم خارجية أو عوامل تباين. وهذا يتيح للباحثين مراقبة الخلايا الحية في ظروف قريبة من الفسيولوجية وتتبع التغيرات بمرور الوقت.

في الدراسة، أظهر الباحثون أن OMI قادرة على تمييز الفروق الأيضية بين المجموعات الفرعية من الخلايا المناعية داخل عينات PBMC غير المعدلة. وكان من الصعب تحقيق هذا المستوى من التفصيل باستخدام التقنيات السابقة. وتستطيع الطريقة التمييز بين الخلايا التي تعتمد أساساً على التحلل السكري، وهو مسار طاقة سريع لكنه أقل كفاءة وشائع في الخلايا المناعية النشطة، وتلك التي تعتمد على الفسفرة التأكسدية، وهي طريقة أكثر استدامة لإنتاج الطاقة. وتكتسب هذه الفروق الوظيفية أهمية كبيرة لأنها ترتبط بما إذا كانت الخلية المناعية خاملة أو منشَّطة أو منهكة أو تنتقل إلى حالة مؤثرة محددة.

وبما أن OMI لا تتطلب وسم الخلايا أو إحداث اضطراب مادي فيها، فإنها تفتح الباب أيضاً أمام الدراسات الطولية. ويمكن تصوير العينة نفسها مراراً في أوقات مختلفة، لتتبع كيفية استجابة الخلايا المناعية للأدوية أو الممرضات أو غيرها من المحفزات في الوقت الحقيقي. وهذه خطوة كبيرة إلى الأمام مقارنة بفحوصات نقطة النهاية التي تلتقط لحظة واحدة فقط.

الدلالات السريرية والعلاجية

تحمل النتائج وعوداً في عدد كبير من المجالات السريرية. ففي علم المناعة السرطاني، على سبيل المثال، من المعروف أن اللياقة الأيضية للخلايا المناعية المتوغلة في الورم تؤثر في ما إذا كان المريض يستجيب لعلاج مثبطات نقاط التفتيش. وإذا أمكن الكشف عن بصمات أيضية مشابهة في PBMCs من سحب دم بسيط، فقد يحصل أطباء الأورام على وسيلة غير باضعة لمراقبة وظيفة المناعة أثناء العلاج.

في علاج CAR T-cell، تعد عملية جمع الخلايا التائية للمريض وهندستها وتوسيعها عملية مكلفة وتستهلك الكثير من الجهد. وبعض منتجات CAR T-cell تفشل في الانغراس أو تفقد فعاليتها بعد التسريب، وقد يكون ذلك مرتبطاً بالحالة الأيضية الضعيفة للخلايا الأصلية. وقد يحسن استخدام OMI لاختيار أكثر الخلايا قوةً على المستوى الأيضي قبل الهندسة النتائج.

كما أن أمراض المناعة الذاتية مثل الذئبة تتضمن اختلالاً معقداً في تنظيم المناعة، وغالباً ما تُفحص PBMCs لتقدير نشاط المرض. وقد يكمل واسم حيوي أيضي مشتق من OMI الواسمات المصلية الحالية ليمنح رؤية أكثر شمولاً لحالة المرض ويساعد في توجيه تعديلات العلاج.

وفي سياق الأمراض المعدية، لا يزال الإنتان تحدياً سريرياً كبيراً. وغالباً ما تُظهر خلايا المناعة لدى مرضى الإنتان تحولاً نحو حالة مضادة للالتهاب ومكبوتة أيضياً، لكن قياس ذلك كان صعباً. وقد تمكّن OMI الأطباء من تقييم الحالة الوظيفية لخلايا المناعة بدقة عند سرير المريض، مع إمكانية التمييز بين الالتهاب الجهازي والشلل المناعي لدى مرضى أفراد.

تمهيد الطريق للترجمة السريرية

طوّر مختبر Skala تقنية OMI لأكثر من عقد، وطبقها سابقاً على خزعات الأنسجة ونماذج الأورام والعضيات. ويمد هذا العمل الأحدث النهج إلى عينات PBMC الدموية، وهي أسهل بكثير في الحصول عليها في البيئات السريرية مقارنة بعينات الأنسجة.

إن كون PBMCs تُعزل بالفعل كجزء من سير العمل السريري الروتيني يمثل ميزة كبيرة. "يمكن عزل PBMCs سريرياً بسهولة كبيرة، وهي مستخدمة بالفعل في سير العمل السريري"، كررت سكالا، مؤكدة انخفاض عائق التبني. وبينما لا تزال أجهزة OMI متخصصة، فإنها أصبحت متاحة بشكل متزايد في المختبرات البحثية والسريرية، كما أن الطبيعة غير الإتلافية للتقنية تعني أنه يمكن دمجها قبل الفحوصات القائمة أو حتى في خطوط معالجة الخلايا.

ومع ذلك، لا تزال هناك عدة خطوات قبل أن تصبح OMI أداة تشخيصية معيارية. هناك حاجة إلى دراسات سريرية أكبر للتحقق من صحة البصمات الأيضية مقارنة بمخرجات المرض المعتمدة، ولتعريف ما الذي يشكل ملفاً أيضياً "صحياً" مقابل "مختلاً" في حالات محددة. كما يجب أن تصبح الأجهزة أكثر سهولة في الاستخدام وفعالية من حيث التكلفة للمختبرات السريرية. ومع ذلك، فإن البساطة التقنية للتصوير بلا وسم تعد علامة مشجعة.

إن اكتشاف أن PBMCs الروتينية تحمل معلومات أيضية خفية يمكن الوصول إليها بالتصوير البصري بلا وسم يمثل حدوداً جديدة في مراقبة المناعة. ويواصل الباحثون إجراء دراسات إضافية لتصنيف الحالات الأيضية عبر أمراض مختلفة، وربط هذه الحالات باستجابات المرضى للعلاج. وفي المستقبل القريب، قد تقدم عينة دم بسيطة أكثر بكثير من مجرد عدد الخلايا، إذ قد تضيء الحالة الوظيفية لكل خلية مناعية بداخلها، ما يوجه العلاج الشخصي بطرق تبدو اليوم شبه مستقبلية.

هذه المقالة مبنية على تغطية Phys.org. اقرأ المقال الأصلي.