$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
التصلب الجانبي الضموري (ALS) هو مرض تنكسي عصبي مدمر يصيب ما يقرب من 1 من كل 400 شخص في حياتهم. يظهر المرض في البداية على شكل ضعف في الخلايا العصبية الحركية العلوية والسفلية ويتطور في النهاية إلى الشلل والموت نتيجة لفشل الجهاز التنفسي في غضون 2-5 سنوات بعد ظهور الأعراض1. يمكن أن يكون مرض التصلب الجانبي الضموري وراثيا ، مع أكثر من 30 طفرة جينية مختلفة ولكن 4 متغيرات جينية فقط (C9orf72 ، FUS ، SOD1 ، TARDBP) تمثل حوالي 55٪ من مرض التصلب الجانبي الضموري العائلي. تمثل غالبية حالات التصلب الجانبي الضموري ، حوالي 90٪ ، مرض التصلب الجانبي الضموري المتقطع ، والذي لا تزال أسبابه الرئيسية غير مفهومة تماما2. هناك حاجة ملحة لكشف آليات التصلب الجانبي الضموري باستخدام الأدوات المناسبة والكائنات الحية النموذجية. في مجموعة الأساليب هذه ، نقدم لمحة عامة عن التقدم البحثي الأخير من حيث تقليد هذا المرض ، ونأمل أن نجد خيارات العلاج في النهاية. على سبيل المثال ، يوفر تطبيق الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs) التي يمكن تمييزها إلى خلايا عصبية حركية أو خلايا نجمية نظاما نموذجيا متوافقا مع البشر3،4،5. بالإضافة إلى ذلك ، في مجموعة الطرق هذه ، يتم تقديم نماذج حيوانية ، مثل ذبابة الفاكهة لدراسة امتصاص الجلوكوز والتقاطع العصبي العضلي (NMJ) في الجسم الحي6،7 ، والفئران لدراسة الخلايا العصبية القشرية8 ، و C. ايليجانس أو الزرد للتحقيق في الإعاقات الحركية9،10 وأنسجة المريض بعد الوفاة11.
يرقات سمك الزرد شفافة ، والخلايا العصبية الحركية مرئية بشكل مباشر ، مما يجعلها أداة مثالية للدراسات غير الغازية في الجسم الحي . أساكاوا وآخرون يظهرون انتقال الطور ل TDP-43 المعبر عنه بصريا في الخلايا العصبية الحركية الشوكيةالمفردة 9. بعد التشعيع ، يمكن ملاحظة وتحليل النقل السيتوبلازمي ل TDP-43. يعد تجميع TDP-43 السيتوبلازمي السمة المميزة للخلايا العصبية الحركية المتدهورة في مرض التصلب الجانبي الضموري. تسمح هذه الطريقة بالدراسة والتحليل الوظيفي للبروتينات المرتبطة بمرض التصلب الجانبي الضموري بطريقة زمنية تحت الخلية.
باستخدام الفحص المجهري للإضاءة الهيكلية فائقة الدقة (SIM) ، يفصل Coyne و Rothstein بروتوكولا يعزل النوى ويصف كيفية التحقيق في مجمعات النوكليوبورين11. تتكون مجمعات النيوكليوبورين من نسخ متعددة من حوالي 30 بروتينا مختلفا من النوكليوبورين (Nups). ثبت أن ضعف النقل النووي والصفيحات النووية (NCT) وتعديلات Nup هي السمات المميزة المبكرة للعديد من الأمراض التنكسية العصبية ، بما في ذلك مرض التصلب الجانبي الضموري. عن طريق استخراج النوى ، من الممكن التحقيق في بروتينات Nup الفردية داخل NPC والنيوكليوبلازم في 3D. ومن المثير للاهتمام, وهذا يمكن تطبيقه ليس فقط على الخلايا المشتقة من iPSC ولكن أيضا على أنسجة ما بعد الوفاة.
يصف كوري ولياتشكو فحصين للتمييز بين الضعف الحركي الخفيف والمتوسط والشديد في نماذج C. ايليجانس من ALS10. في مقايسة الحركة الشعاعية ، يتم قياس الزحف على السطح ، مما يجعل هذا الاختبار سهلا وفعالا من حيث التكلفة. في طريقتهم الثانية ، مقايسة السباحة ، يمكن قياس حركات الضرب باستخدام طريقة تتبع قائمة على الكمبيوتر. يستخدم المؤلفون هذا لدراسة TDP-43 و tau.
يصف هايز وآخرون أيضا طريقة لدراسة NCT8. يطبقون طريقة النفاذية على الثقافات العصبية. باستخدام الخلايا العصبية القشرية الأولية للفأر ، يصفون طريقة تحافظ على سلامة الغشاء النووي باستخدام تحلل نقص التوتر جنبا إلى جنب مع وسادة ألبومين مصل البقر. وبذلك، لا يزال الاستيراد النووي يعمل بطريقة تعتمد على الطاقة، مما يوفر منصة مجهرية وتحليلية عالية المحتوى. سيكون لهذه المنصة قابلية تطبيق واسعة في المستقبل لدراسة النقل النووي السلبي والنشط في الخلايا العصبية الأولية.
يعد التقييم السريع لكيفية تأثير التلاعب أو البروتينات المرتبطة بالأمراض أو الحمض النووي الريبي على العمليات المشبكية وما إذا كانت الأدوية العلاجية يمكن أن تستعيد هذه الوظائف أمرا ضروريا لأبحاث التصلب الجانبي الضموري. باستخدام الخلايا العصبية الحركية المشتقة من iPSC وكذلك الخلايا العصبية الأولية من الفئران ، Krishnamurthy et al. يقدم بروتوكولا يتيح المراقبة في الوقت الفعلي لديناميكيات تدفق الكالسيوم قبل المشبكي واندماج غشاء الحويصلة المشبكي3. يوضح المؤلفون أن تعداء C9orf72-(GA) 50 يضعف الانتقال المشبكي ، مما يسلط الضوء على مدى ملاءمة هذه الطرق للكشف عن الاختلافات القائمة على الطفرات في الوظيفة المشبكية.
يعد امتصاص الجلوكوز المتغير أحد الخصائص البيولوجية المرضية لمرض التصلب الجانبي الضموري. في نموذج ذبابة الفاكهة هذا ، لوجاناثان وآخرون يصف طريقة قائمة على FRET لقياس التغيرات داخل الخلايا في امتصاص الجلوكوز في خلايا معينة6. باستخدام مستشعر FRET للجلوكوز المشفر وراثيا ، يقومون بالتحقق من صحة طريقتهم باستخدام الخلايا العصبية التعبيرية TDP-43 ، والتي تعرض امتصاصا أعلى للجلوكوز. في خط TDP-43G298S المتحور ، لا يمكن اكتشاف زيادة امتصاص الجلوكوز إلا عند تحفيز الجلوكوز. توفر هذه الطريقة أداة مهمة لدراسة تحلل السكر ليس فقط في مرض التصلب الجانبي الضموري ولكن أيضا بشكل عام فيما يتعلق بتجديد الخلايا العصبية الحركية.
تعتبر تقنيات التشريح التي تحافظ على بنية NMJ ذات أهمية قصوى لدراسة التغيرات في الخلايا العصبية الحركية على طول ذبابة الفاكهة بمرور الوقت. يستخدم Stilwell و Agudelo تقنية تسمح بتوصيف NMJ لتحديد العرش العصبية الحركية باستخدام الكيمياء المناعية7. ومن المثير للاهتمام أن الخلايا العصبية البالغة موجودة طوال عمر الذبابة ، والتي تبلغ حوالي 90 يوما. بمقارنة طفرة SOD1H71Y بالنوع البري ، يوضح المؤلفون علامات مختلفة لتورم العروة المعتمد على العمر ، ومجاميع البروتين ، وتضخم الميتوكوندريا.
يلبي ابتكار تقليد NMJ باستخدام نظام الزراعة المشتركة الحاجة الملحة لدراسة التفكك بين الخلايا العصبية الحركية والأنابيب العضلية. فيما يتعلق بهذه الطريقة ، Stoklund Dittlau et al. يصف كيفية زراعة الخلايا العصبية الحركية البشرية المشتقة من iPSC والأنابيب العضلية الأولية البشرية المشتقة من الخلايا الوعائية المتوسطة لتشكيل NMJs النشطةوظيفيا 4. يظهر المؤلفون وظائفهم من خلال تنشيط الخلايا العصبية الحركية مع تدفق كلوريد البوتاسيوم والكالسيوم في الأنابيب العضلية المسماة Fluo-4 بعد ذلك ، والتي تم إلغاؤها عن طريق إعطاء حاصرات NMJ.
في الآونة الأخيرة ، اكتسبت أنظمة الاستزراع المشترك اهتماما متزايدا. إن دراسة ليس فقط نوعا واحدا من الخلايا ولكن عدة أنواع من الخلايا في الطبق لها فائدة في تقليد الظروف الفسيولوجية بشكل أفضل من الطرق التي تستخدم الخلايا أحادية المزروعة. يمكن دراسة علم الأحياء المرضي المرتبط بمرض التصلب الجانبي الضموري ، مثل السمية بوساطة الخلايا النجمية وفرط الاستثارة العصبية ، باستخدام هذا النهج. في الفيديو الذي نشره Taga et al. ، يظهر توليد الخلايا العصبية القشرية والخلايا النجمية في ثقافة مشتركة جنبا إلى جنب مع إعداد مصفوفة متعددة الأقطاب الكهربائية (MEA) لمراقبة الفيزيولوجيا الكهربية5. يمكن مراقبة النشاط الوظيفي بمرور الوقت ، مما يسمح بالمرونة في التكوين الخلوي بالإضافة إلى ظروف الاستزراع المختلفة. يوفر هذا بالإضافة إلى ذلك منصة لاختبار الإمكانات العلاجية للأدوية وتأثيرها على النشاط الوظيفي.
حاليا ، لا يوجد سوى ثلاثة علاجات معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لمرض التصلب الجانبي الضموري ، وكلها ذات إمكانات تطبيق محدودة. للعثور على المزيد من العلاجات الواعدة ، يجب أن يفهم البحث المستقبلي علم الأحياء المرضي بشكل أفضل من خلال استخدام أنظمة وأساليب نموذجية متعددة. بدون شك ، ستوفر النماذج المشتقة من iPSC البشرية منصة مثيرة للاهتمام للتحقيق في الآليات الجزيئية الأساسية. هذا ، جنبا إلى جنب مع أنظمة النماذج مثل الزرد ، C. ايليجانس ، ذبابة الفاكهة ، أو القوارض ، سيؤدي إلى تقدم في هذا المجال. علاوة على ذلك ، نأمل أن توفر الأبحاث الوبائية المستقبلية مزيدا من الأفكار حول كيفية لعب العوامل البيئية دورا في تطور مرض التصلب الجانبي الضموري12. مع تطور مجموعات البيانات والمعلوماتية الحيوية الآخذة في التوسع بسرعة عالية ، سيصبح من الأسهل كشف القواسم المشتركة للأمراض التنكسية العصبية في المستقبل. سيؤدي هذا إلى طرق جديدة للعلاج أو حتى الوقاية.