مقدمة في حركة الخلايا والهجرة

حركة الخلايا مطلوبة للعديد من العمليات الفسيولوجية والمرضية ، بما في ذلك هجرة الخلايا أثناء التطور الجنيني ، وحركة خلايا الدم البيضاء استجابة للعدوى ، والخلايا السرطانية التي تخضع للورم الخبيث. يشكل بروتينان خلويان ، الأكتين والميوسين ، اللبنات الأساسية لجهاز الحركة.

في هذا الفيديو التمهيدي ، سنراجع بعض الاكتشافات البارزة في مجال حركة الخلايا والهجرة. بعد ذلك ، سنسلط الضوء على بعض الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها فيما يتعلق بحركة الخلية ، تليها مناقشة الأدوات الكلاسيكية والمتقدمة المستخدمة لدراسة الحركة. أخيرا ، سنختتم ببعض الأمثلة على التجارب.

لنبدأ بالنظر إلى الاكتشافات المهمة المرتبطة بهذا المجال.

في القرن السابع عشر ، أصبح أنطون فان ليوينهوك ، بمساعدة المجهر ، أول شخص يراقب حركة المنوية والبكتيريا. بعد قرنين من الزمان ، اكتشف ثيودور فيلهلم إنجلمان وفيلهلم فيفر الحركة البكتيرية التي تحركها التحفيز ، بما في ذلك: التاكسي الضوئي ، وهي حركة تتأثر بالضوء. الانجذاب الكيميائي - الحركة نحو المواد الكيميائية المختلفة ؛ وركوب الأنظار - الحركة استجابة للأكسجين. في نفس الوقت تقريبا ، أجرى إيليا ميتشنيكوف تجربة رائعة قام فيها بوخز يرقة نجم البحر الشفافة بشوكة وردية ، ولاحظ الخلايا تتحرك من أجزاء أخرى من الجسم إلى الجرح. أدى ذلك إلى فكرة هجرة الكريات البيض إلى موقع الإصابة ، وهي رائدة في مجال علم المناعة.

بدأ فهم آلية حركة الخلايا قبل بضع سنوات ، عند دراسة ظاهرة تبدو غير ذات صلة - تقلص العضلات. في عام 1859 ، عزل فيلهلم كون بروتين عضلي اعتقد أنه مسؤول عن تصلبه ، وأطلق عليه اسم الميوسين.

في عام 1942 ، اكتشف برونو فيرينك ستراوب أن مستحضرات "الميوسين" تحتوي في الواقع على بروتين ثانوي ، الأكتين. نحن نعلم الآن أن الأكتين والميوسين يتفاعلان لتشكيل مركب أكتوميوسين ، الذي ينتج عنه الانكماش. في عام 1974 ، قامت مارغريت كلارك ، أثناء عملها تحت إشراف جيمس سبوديتش ، بتمييز الهياكل الشبيهة بالأكتوميوسين في قالب الوحل Dictyostelium ، واقترحت مشاركتها في حركة الخلايا غير العضلية.

في عام 1983 ، طور Spudich ، جنبا إلى جنب مع مايكل شيتز ، نموذجا في المختبر actomyosin ، مما مهد الطريق لفهمنا الحالي لآليتهم. نحن نعلم الآن أن ATP ، وهو جزيء "عالي الطاقة" في الخلايا ، يرتبط بالميوسين ويقوي جزيء الميوسين على "الزحف" على طول جزيء الأكتين المتوازي ، وبالتالي توليد قوة انقباضية يمكن أن تسحب الخلية إلى الأمام أثناء الهجرة.

بعد المخطط التاريخي الموجز ، دعنا نناقش بعض الأسئلة حول حركة الخلية التي يطرحها العلماء اليوم.

يهتم الباحثون بمعرفة كيفية توجيه الإشارات البيئية لحركة الخلايا. تتحرك الخلايا استجابة لمجموعة متنوعة من الإشارات، بما في ذلك تلك التي تدفع التطور الجنيني، أو تنبه الخلايا المناعية إلى مواقع العدوى. عادة ما تكون هذه الإشارات مركبات كيميائية تطلقها بعض الخلايا للحث على هجرة نوع معين من الخلايا نحوها. لذلك ، فإن دراسة آلية تحريض الانجذاب الكيميائي يمكن أن تساعد العلماء على فهم الاضطرابات التي تتعطل فيها هجرة الخلايا بشكل أفضل.

مجال آخر مهم للتحقيق يتعلق بالآلية الجزيئية التي تستخدمها الخلايا للتحرك. بالإضافة إلى جهاز actomyosin الذي يسمح للخلايا ذات الأشكال المرنة بتمديد النتوءات و "الزحف" على طول الأسطح ، يسعى الباحثون أيضا إلى فهم كيف يمكن أن تكون حركة الخلية مدفوعة بعناصر الهيكل الخلوي الأخرى ، مثل الأنابيب الدقيقة التي تشكل "عمود" ذيول المنوية ، بالإضافة إلى الآلات الجزيئية المعقدة التي تشكل سوطا بكتيريا.

أخيرا ، يستكشف بعض العلماء كيفية تفاعل الخلايا مع بعضها البعض وتهاجر معا في مجموعات ، والتي تحدث في التطور الجنيني المبكر ، بالإضافة إلى عملية التئام الجروح.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لأن الخلايا في الجسم موجودة بالفعل داخل شبكة من الجزيئات تعرف باسم المصفوفة خارج الخلية ، والتي يتم اختصارها باسم ECM ، فإن التحقيق في كيفية تفاعل الخلايا مع ECM وغزوها يمكن أن يساعد في فهم ظواهر مثل ورم خبيث سرطاني.

الآن بعد أن أصبحت لدينا فكرة عن الأسئلة التي يتم طرحها في هذا المجال ، دعنا نتعرف على بعض التقنيات البارزة المستخدمة.

يستخدم اختبار الخدش لنمذجة كيفية إعادة ملء الخلايا الظهارية لمنطقة مفتوحة - وهي عملية مشابهة للتئام الجروح. في هذا الإجراء، يتم إنشاء الجرح عن طريق تمرير طرف ماصة عبر طبق زراعة الخلايا. عندما تنمو الخلايا مرة أخرى في هذه الفجوة بمرور الوقت ، يمكن تتبع مسارات حركتها باستخدام برنامج التتبع لتقييم سرعة الحركة والإزاحة.

اختبار الهجرة عبر الويل هو طريقة كلاسيكية أخرى تستخدم لدراسة الجذب الكيميائي ، وهي عملية جذب الخلايا كيميائيا. في هذا الاختبار ، يضاف محلول الجاذب الكيميائي إلى الآبار ، ثم يتم وضع غرف الآبار داخل هذه الآبار ، وأخيرا ، يتم إضافة نوع من الخلايا المهاجرة على الجانب العلوي من الغشاء. يمكن حساب عدد الخلايا التي تهاجر نحو الجاذب الكيميائي باستخدام المجهر ومقياس كثافة الدم.

سمح التقدم في التقنيات الهندسية ببناء أجهزة الموائع الدقيقة ، المكونة من قنوات دقيقة محفورة على سطح مناسب. بالنسبة لتجارب الهجرة ، تحتوي القناة عادة على منفذين: أحدهما لإضافة تعليق الخلية ، والآخر لإضافة محفز كيميائي. يمكن بعد ذلك دراسة تأثير المنبه على سلوك الخلايا المهاجر تحت المجهر.

لدراسة غزو الخلايا في ECM ، يمكن للباحثين إجراء فحوصات الغزو ثلاثية الأبعاد. في هذه الطريقة ، يزرع العلماء الخلايا في مصفوفات ثلاثية الأبعاد مصنوعة من مكونات مثل الكولاجين. بعد ذلك ، بمساعدة البرامج المتطورة ، يمكنهم تتبع الغزو في ثلاثة أبعاد. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص لدراسة تطور الورم.

أخيرا ، يمكن استخدام الفحص المجهري الفلوري بفاصل زمني لتتبع الخلايا الحية في الجسم الحي. يمكن إدخال الجينات التي تشفر البروتينات الفلورية في نموذج حيواني. يمكن تتبع مسار الهجرة للخلايا التي تعبر الآن عن بروتينات الفلورسنت باستخدام طرق تصوير متطورة ، مثل الفحص المجهري ثنائي الفوتون.

الآن ، دعنا نفحص بعض التطبيقات الحالية لمقايسات حركة الخلايا والهجرة.

كما تمت مناقشته ، تلعب هجرة الخلايا دورا مهما في ورم خبيث للورم. هنا ، قام العلماء بزراعة الخلايا السرطانية المضمنة في مصفوفة مع شرائح الدماغ في غرفة الوقا. بعد الحضانة ، تم تلطيخ العينات وتحليلها باستخدام التألق المناعي. أظهرت النتائج غزو الخلايا السرطانية لشرائح الدماغ.

بعد الإصابة ، تطلق الخلايا الكيموكينات ، وهي بروتينات جاذبة كيميائية تحفز هجرة العدلات. العدلات هي خلايا بلعمية تشكل جزءا لا يتجزأ من جهاز المناعة الفطري. هنا ، قام الباحثون بتقييم هذه الظاهرة باستخدام مقايسة الهجرة عبر الويل. قاموا بطلاء الخلايا الظهارية المصابة بالبكتيريا على الجانب السفلي من الغشاء ، بينما تم زراعة العدلات على الجانب العلوي. أظهرت النتائج هجرة كبيرة للعدلات في وجود الخلايا المصابة.

أخيرا ، يمكن استخدام فحوصات غرفة الموائع الدقيقة لفحص الانجذاب الكيميائي البكتيري. هنا ، قام العلماء بتقييم خصائص الجاذب والطارد لمادتين - L-aspartate وكبريتات النيكل - باستخدام غرفة موائع دقيقة متخصصة يمكنها اختبار عدة تركيزات في تجربة واحدة. أظهرت البيانات التي تم الحصول عليها أنه مع زيادة تركيز الجاذب والطارد ، زادت أيضا الهجرة البكتيرية نحو جزيئات الاختبار وبعيدا عنها ، على التوالي.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لحركة الخلية والهجرة. في هذا العرض التقديمي ، استعرضنا المعالم الرئيسية في دراسة حركة الخلايا وهجرتها. بعد ذلك ، ناقشنا بعض الأسئلة الحالية التي يتم طرحها ، والأدوات المستخدمة في المختبرات اليوم. أخيرا ، سلطت بعض التجارب النموذجية الضوء على تطبيقات هذه التقنيات. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!