بروتين من بطيء الخطو قد يساعد الدم على تحمل التجمد

بطيئات الخطو كنموذج للنجاة من التجمد

تتمتع بطيئات الخطو، وهي كائنات مجهرية غالباً ما تُسمى الدببة المائية، بسمعة تفوق حجمها في مجال الصمود. يمكن تجميدها حتى تصبح صلبة، وتجفيفها حتى يختفي كل مائها تقريباً، وتعريضها لفراغ الفضاء، ثم تعود إلى الحياة بمجرد تحسن الظروف. حتى أن الباحثين وضعوا وشوماً دقيقة على هذه الحيوانات، ولم تبدُ متأثرة بالإجراء. وقد حوّل هذا التحمل بطيئات الخطو إلى ما يشبه فهرساً بيولوجياً لاستراتيجيات البقاء، ويعمل العلماء الآن على التنقيب في هذا الفهرس بحثاً عن طرق لحماية الخلايا البشرية.

ومن أكثر الأهداف العملية في هذا المجال الحفظ بالتبريد لخلايا الدم الحمراء، وهي التقنية التي تتيح لبنوك الدم تجميد فصائل الدم النادرة وتخزينها لفترات طويلة حتى يحتاجها مريض ما. الطريقة ناجحة، لكنها تحمل عيباً عنيداً شكّل هذا المجال لعقود.

مشكلة الجليسرول

قبل تجميد خلايا الدم، تُعالَج عادةً بالجليسرول. يعمل هذا المركب كمادة حافظة للتبريد، إذ يعطّل نمو بلورات الجليد التي قد تخترق أغشية الخلايا وتدمرها لولا ذلك. ومن دون هذه الحماية، يكون التجمد قاتلاً.

لكن التعقيد يظهر لاحقاً. لا يمكن نقل الجليسرول مباشرة إلى المريض، لذا يجب إزالته من الخلايا بعد إذابتها. وخطوة الإزالة هذه ضارة بحد ذاتها، إذ تُجهد الخلايا نفسها التي كان يُفترض أن يحميها التجمد، وتضيف مناولة ووقتاً وتكلفة إلى إجراء يتطلب أصلاً دقة عالية.

ما تفضله بنوك الدم هو استراتيجية حماية تُبقي الخلايا سليمة خلال التجمد ثم تخرج بسلاسة، دون خطوة غسل قاسية. وهنا يدخل بطيء الخطو إلى الصورة.

كيف تعمل بروتينات CAHS إلى جانب السكر

تتحمل بطيئات الخطو الظروف القاسية بمساعدة فئة من الجزيئات تُعرف ببروتينات CAHS، وهي اختصار لـ cytosolic abundant heat-soluble proteins (البروتينات السيتوبلازمية الوفيرة القابلة للذوبان بالحرارة). وهذه البروتينات جديرة بالملاحظة ليس فقط لوجودها في حيوان يستطيع تحمل التجمد والجفاف، بل لطريقة سلوكها إلى جانب التريهالوز، وهو سكر يعمل على تثبيت أغشية الخلايا والبروتينات. والتريهالوز مكوّن مألوف خارج المختبر أيضاً: فهو يُستخدم غالباً للحد من احتراق التجميد في الأطعمة المجمدة.

هذه الشراكة بين بروتين من بطيئات الخطو وسكر مثبّت للأغشية هي ما جذب انتباه الباحثين. فبدلاً من التعامل مع المزيج كظاهرة غريبة، تساءلوا عما إذا كان يمكن أن يتفوق على المادة الحافظة للتبريد المعيارية المستخدمة في بنوك الدم.

اختبار جزء من البروتين، لا البروتين كاملاً

أراد هوي يانغ وليمينغ سون وزملاؤهما معرفة ما إذا كان الجمع بين بروتينات CAHS والتريهالوز يمكن أن يحمي خلايا الدم الحمراء بفعالية أكبر من الجليسرول المستخدم بمفرده. وقد نُشرت نتائجهم في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces، التي تصدرها الجمعية الكيميائية الأمريكية (DOI: 10.1021/acsami.6c12445).

لم يستخدم الفريق بروتين CAHS كامل الطول. بل حددوا بدلاً من ذلك أن جزءاً محدداً منه هو الذي يحقق التأثير الوقائي المنشود، وهو تبسيط قد يكون بالغ الأهمية إذا ما تم توسيع نطاق هذا النهج للاستخدام الروتيني.

وعندما اقترن ذلك الجزء بالتريهالوز عند درجة حرارة منخفضة ثم جُمّدت العينة في النيتروجين السائل، غيّر المكوّنان طريقة تشكّل الجليد وذوبانه لاحقاً. وقد حمى هذا التغير في سلوك الجليد الخلايا من التلف. وبعد الإذابة، أمكن غسل مزيج CAHS والتريهالوز بالطرد المركزي، وهي تقنية مخبرية معيارية، بدلاً من عملية إزالة الجليسرول الأكثر قسوة.

أرقام الاستعادة

كانت مقارنة الأداء مشجعة. فقد استُعيدت بالكامل نسبة تصل إلى 89% من خلايا الدم الحمراء لدى الفئران المحفوظة بطريقة CAHS والتريهالوز الجديدة، مقابل نحو 82% من الخلايا المجمدة باستخدام الجليسرول.

ووصف سون، وهو أحد المؤلفين المراسلين للدراسة، هذا الجهد بأنه نقل مبكر للبيولوجيا إلى طريقة عملية. وقال سون: "كانت هذه الدراسة محاولتنا الأولى لترجمة درس من كائن شديد التحمل إلى استراتيجية عملية لحفظ الخلايا. وإذا طُوّرت أكثر، فقد تجعل العملية أبسط بعد الإذابة، وتقلل المخاوف المرتبطة بالجليسرول المتبقي، وتساعد في الحفاظ على جودة الخلايا المخزنة."

قراءة النتائج بحذر

ثمة عدة تحفظات مهمة هنا. فقد استخدمت التجربة خلايا دم حمراء من الفئران، لا خلايا بشرية، وهي تمثل محاولة أولى لا بروتوكولاً مكتملاً. والتحسن على الجليسرول، وإن كان حقيقياً في هذه الحالة، هو فرق بضع نقاط مئوية وليس قفزة هائلة. وأي استخدام محتمل في طب نقل الدم سيتطلب تطويراً وتحققاً إضافيين كبيرين قبل أن يصل إلى ثلاجة بنك الدم.

لكن ما تُظهره الدراسة هو إثبات للمفهوم: بروتين مستعار من أحد أكثر الحيوانات تحملاً على الكوكب، مقترن بسكر واسع الاستخدام، يمكن أن يؤثر في سلوك الجليد حول الخلايا ويحسّن بقاءها خلال دورة تجميد وإذابة. كما يشير إلى سير عمل للحفظ بالتبريد تكون فيه المادة الحامية أسهل في الإزالة، ما قد يقلل الضرر الذي تسببه حالياً عملية الإذابة والتنظيف للخلايا المخزنة.

النقاط الرئيسية من البحث

• تتحمل بطيئات الخطو التجمد والجفاف الشديد وفراغ الفضاء، بل تحملت أيضاً وضع وشوم دقيقة عليها.
• يعتمد التخزين التقليدي لخلايا الدم الحمراء على الجليسرول، الذي يجب إزالته قبل نقل الدم وقد يضر الخلايا أثناء إزالته.
• جمع الباحثون بين التريهالوز، وهو سكر مثبّت للأغشية، وجزء من بروتين CAHS لدى بطيئات الخطو بدلاً من البروتين كامل الطول.
• عند التجميد في النيتروجين السائل، غيّر المزيج تشكّل الجليد وذوبانه بطريقة حمَت الخلايا.
• استُعيدت بالكامل نسبة تصل إلى 89% من خلايا الدم الحمراء لدى الفئران المحفوظة بهذه الطريقة، مقابل نحو 82% مع الجليسرول.

لماذا يهم الأمر خارج المختبر

تمثل فصائل الدم النادرة تحدياً لوجستياً لأي نظام صحي. فهي نادرة بحكم تعريفها، ولا يمكن استحضارها عند الطلب، ويجب إبقاؤها صالحة للاستخدام لفترات طويلة حتى تكون متاحة عندما يحتاجها مريض معين. وطريقة حفظ تُبقي مزيداً من الخلايا سليمة خلال دورة التجميد والإذابة، وتكون أسهل في الإزالة بعدها، ستمنح بنوك الدم مساحة أكبر للمناورة.

كما توضح الدراسة فكرة أوسع تترسخ في مجال التقنية الحيوية: الكائنات التي تتحمل الظروف القصوى هي مصدر لحلول كيميائية ومادية لمشكلات في الطب. فقد تطورت حيل بقاء بطيئات الخطو لبيئات تقتل معظم أشكال الحياة، وتكييف حتى قطعة صغيرة من تلك العدة، جزء بروتيني زائد سكر، قد يغيّر في نهاية المطاف طريقة تخزين الخلايا وشحنها واستعادتها.

والتريهالوز نفسه مثال جيد على كيف يمكن لمكونات غير مبهرة أن تؤدي عملاً جاداً. فالسكر ذاته الذي يمنع احتراق التجميد في الأطعمة المجمدة يُختبر الآن كمثبّت للخلايا الحية، ويبدو أن جزء CAHS يجعله أكثر فعالية في هذا الدور. والآلية ليست سحراً بقدر ما هي كيمياء: فمن خلال التدخل في كيفية تنوّي الجليد وذوبانه، يقلل المزيج العقاب المادي الواقع على الأغشية الهشة.

وفي الوقت الحالي، يبقى العمل خطوة أولى، والفجوة بين تجربة على خلايا فأر وعملية نقل دم في مستشفى واسعة. لكنه يشير إلى أن المسافة بين حيوان يستطيع النجاة من فراغ الفضاء وثلاجة بنك الدم قد تكون أضيق مما تبدو للوهلة الأولى.

يعتمد هذا المقال على تقرير من Phys.org. اقرأ المقال الأصلي.