مقدمة في الشيخوخة والتجديد

يهدف علماء الأحياء في مجال الشيخوخة والتجديد إلى فهم آليات هاتين العمليتين المعقدة المتورطتين في الحفاظ على توازن الأنسجة.

تتضمن الشيخوخة ، أو "الشيخوخة" ، تدهور مورفولوجيا الخلية وفقدان الوظائف بمرور الوقت ، بينما يشير التجديد إلى استبدال الخلايا القديمة أو التالفة. يتم الحفاظ على الأنسجة في أجسامنا في توازن دقيق بين الشيخوخة والتجدد. على الرغم من أن معظم أنسجتنا لها عمر محدود ، إلا أن بعضها لديه القدرة على التجدد الكامل بعد الإصابة.

سيناقش هذا الفيديو بإيجاز التاريخ ، ويسلط الضوء على الاكتشافات الرئيسية في هذا المجال ، وبعض الأسئلة المهمة التي يتم التحقيق فيها حاليا ، وبعض المقايسات المستخدمة للإجابة على هذه الأسئلة ، وبعض التطبيقات المعملية المحددة لهذه المفاهيم.

قبل الحديث عن التجارب الحالية التي يتم إجراؤها ، دعنا نلقي نظرة على بعض الاكتشافات المهمة في تاريخ أبحاث الشيخوخة والتجديد.

حدثت الملاحظات الأولى لتجديد الأنسجة حوالي 350 قبل الميلاد ، عندما لاحظ أرسطو أن السحالي كانت قادرة على تجديد ذيولها بعد قطعها.

في القرن الثامن عشر ، أصبح تجديد الأنسجة موضوعا ساخنا للبحث ، وقام ثلاثة علماء - R. A. Ferchault de Réaumur و Abraham Trembley و Lazzaro Spallanzani - بشكل مستقل بإجراء دراسات مفصلة لتجديد الأنسجة في جراد البحر ، والهيدرا ، والنيوت ، على التوالي.

أصبح العلماء السائدون أقل اهتماما بظاهرة التجديد خلال القرن التالي ، ولكن في أوائل القرن العشرين بدأ الاهتمام في التراكم في مجال الشيخوخة ذي الصلة. اقترح أليكسيس كاريل ، الجراح وعالم الأحياء الفرنسي ، أن الخلايا المزروعة في الثقافة كانت خالدة ويمكن أن تنقسم إلى أجل غير مسمى. ومع ذلك ، لم يتمكن علماء آخرون من تكرار ادعاءاته.

في عام 1961 ، أظهر ليونارد هايفليك وبول مورهيد أنه ، على عكس ما ادعى كاريل ، فإن الخلايا الطبيعية المزروعة في الثقافة تخضع للانقسام لعدد محدود من المرات ، حوالي 40 إلى 60 ، وبعد ذلك تدخل مرحلة الشيخوخة. أصبحت ظاهرة الانقسام الخلوي المحدود تعرف باسم "حد Hayflick".

جاءت التلميحات الأولى لآلية لهذا الحد في عام 1973 ، عندما أدرك عالم الأحياء السوفيتي أليكسي أوليوفنيكوف أن آلية تكرار الحمض النووي لا يمكنها تكرار نهايات الكروموسومات بالكامل ، والتي تسمى التيلوميرات. تنبأ بوجود آلية للحفاظ على طول التيلومير في الخلايا السليمة والسرطانية.

في وقت لاحق من عام 1984 ، اكتشفت إليزابيث بلاكبيرن وكارول جريدر وجاك زوستاك أن هذه الآلية تتضمن إنزيما يسمى التيلوميراز. لقد أظهروا أن التيلوميراز مسؤول عن إضافة التسلسلات المتكررة إلى نهاية 3 'من الكروموسوم ، مما يسمح بعد ذلك لبوليميراز الحمض النووي بتكرار نهايات الكروموسوم بالكامل. تقاسم بلاكبيرن وغريدر وسزوستاك جائزة نوبل لهذا الاكتشاف في عام 2009.

الآن بعد أن راجعنا بعض الاكتشافات المتعلقة بالشيخوخة والتجديد ، دعنا نلقي نظرة على بعض الأسئلة الرئيسية التي يتم طرحها في هذا المجال اليوم.

أحد الأسئلة المهمة التي يتم التحقيق فيها هو: كيف تتقدم الخلايا في العمر؟ تسمى النظرية السائدة لشيخوخة الخلايا نظرية الجذور الحرة. الفكرة هي أنه عندما تقوم عضيات الخلية التي تسمى الميتوكوندريا بالتنفس التأكسدي ، تتشكل المنتجات الثانوية المعروفة باسم أنواع الأكسجين التفاعلية ، أو ROS. يؤدي الإفراط في إنتاج هذه الجزيئات إلى الإجهاد التأكسدي ، مما يغير وظيفة العضيات ، مثل الميتوكوندريا نفسها والشبكة الإندوبلازمية ، ويمكن أن يتسبب أيضا في تلف الحمض النووي. يهتم العلماء باكتشاف الآليات الكامنة وراء هذه الأحداث.

سؤال آخر يتم طرحه هو: ما هي العوامل الفسيولوجية والبيئية التي تؤثر على عمر الكائن الحي؟ يسعى بعض الباحثين إلى تحليل آثار التغيرات البيئية ، على سبيل المثال تقييد السعرات الحرارية ، على عمر الكائن الحي. يهتم باحثون آخرون بتحديد الجينات والمسارات الكيميائية الحيوية التي تنظم عملية الشيخوخة.

أخيرا ، يحاول العلماء أيضا فهم كيفية خضوع الأنسجة للتجدد التلقائي بعد الإصابة. تم العثور على خلايا خاصة تعرف باسم الخلايا الجذعية البالغة لتكون مفيدة في هذه العملية ، وبعض الباحثين لديهم فضول بشأن ديناميكيات هذه الخلايا بعد الإصابة. من منظور سريري ، يهتم العلماء بالتحقيق في كيفية استخدام هذه الخلايا في علاجات الاضطرابات التنكسية.

الآن بعد أن عرفت بعض الأسئلة التي يتم طرحها في هذا المجال ، دعنا نلقي نظرة على أدوات البحث المختلفة التي يستخدمها العلماء للإجابة على هذه الأسئلة.

تتمثل إحدى طرق قياس عمر الخلايا في تحديد طول التيلومير ونشاط التيلوميراز. يمكن قياس هاتين المعلمتين باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل ، أو تفاعل البوليميراز المتسلسل ، أو تفاعل البوليميراز المتسلسل .

يفحص العلماء أيضا العلامات الراسخة للخلايا العمرة، مثل β-galactosidase. يمكن القيام بذلك عن طريق تلطيخ الخلايا باستخدام المقايسات الكيميائية الحيوية ومراقبتها تحت المجهر.

لفحص العوامل التي تؤثر على عمر الكائن الحي ، غالبا ما يستخدم العلماء كائنات نموذجية للافقاريات ، مثل الديدان أو الذباب. تتمثل مزايا هذه الكائنات الحية النموذجية في أوقات التوليد القصيرة نسبيا ، وقدرتها على النمو في إعدادات معملية بسيطة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء التلاعب الجيني بسهولة في هذه الكائنات الحية ، مما يساعد العلماء على فحص أدوار الجينات في عملية الشيخوخة وطول العمر.

أخيرا ، يمكن دراسة دور الخلايا الجذعية البالغة في تجديد الأنسجة باستخدام عدة طرق. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء تسمية الخلايا الجذعية البالغة في الأنسجة المستهدفة بعلامات محددة ، والتي تمكنهم من تتبع هذه الخلايا مع تجديد الأنسجة. في بعض الأحيان ، يقوم الباحثون بحقن هذه الخلايا الجذعية متعددة القدرات مباشرة في الأنسجة التالفة لدراسة دورها في الإصلاح بعد الإصابة.

نظرا لأنك تعرف الآن بعض الطرق المستخدمة في مجال الشيخوخة وتجديد الأنسجة ، فلنلق نظرة على بعض التطبيقات المحددة لهذه الأساليب.

تم استخدام الدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans كمنصة فحص لتحديد الطفرات الجينية التي يمكن أن تطيل العمر. هنا ، بعد تزامن العمر بمساعدة بروتوكول وضع البيض في الوقت المناسب ، حلل العلماء تأثير طفرة جينية على عمر الكائن الحي.

لدراسة آليات تجديد الأنسجة ، تتوفر العديد من النماذج التي تنطوي على إصابة أولية متبوعة بتحليل آليات التجديد. في هذا المثال ، فحص العلماء تجديد الأنسجة بعد استئصال الخط الجانبي ، وهو مكون حسي رئيسي للجهاز العصبي المحيطي لسمك الزرد.

من أجل تحفيز الاستئصال ، عالج العلماء الأسماك بالجنتاميسين. بعد وقت الاسترداد المحدد ، تم سكب الأسماك في محلول الصبغة الحيوية الفلورية ، مما يؤدي إلى تلطيخ الخلايا الجذعية العصبية. ثم تم قياس هذه الخلايا الملطخة باستخدام الفحص المجهري الفلوري.

أخيرا ، غالبا ما يقوم الباحثون بحقن الخلايا الجذعية البالغة للحث على إصلاح الأنسجة التالفة. هنا ، استخدم العلماء الخلايا الجذعية متعددة القدرات للحث على تجديد أنسجة العضلات التالفة. من أجل القيام بذلك ، أنشأ العلماء نماذج فئران ذات عضلات الأطراف الخلفية التالفة. بعد ذلك ، تم حقن الخلايا الجذعية متعددة القدرات مباشرة في العضلات التالفة. بعد الحقن ، تم منح الخلايا وقتا للتكاثر والتمايز ، وتم تحليل مساهمتها في التحسين الوظيفي.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE في مجال الشيخوخة والتجديد. استعرض هذا الفيديو النقاط البارزة التاريخية في هذا المجال ، وبعض الأسئلة الرئيسية التي يطرحها علماء الأحياء ، وبعض المقايسات البارزة المستخدمة للإجابة على هذه الأسئلة ، والتجارب الحالية التي يتم إجراؤها لفهم بيولوجيا الشيخوخة والتجدد. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!