عند النظر إليها عن قرب، تبدو الشبكية النامية كمحطة قطارات مزدحمة: تنطلق الخلايا العصبية جميعها في وقت واحد، وتتجاوز بعضها بعضًا، وتعود أدراجها، وتختار مسارات مدهشة. ومع ذلك تكون النتيجة نسيجًا متعدد الطبقات بدقة. على مدى ست سنوات ونصف السنة راقب فريق كارين نوردن (Caren Norden) هذه العملية في أجنة سمك الزرد الشفافة، واكتشف أن الخلايا العصبية تتبع إشارات جاراتها، وأن بعض حركاتها يحمي النسيج الذي ينضج – وفي النهاية يمكنك أن تختبر كيف تجد طريقك وسط الفوضى الإبداعية.
تولد معظم الخلايا العصبية بعيدًا عن وجهتها النهائية. ولكي يتكوّن جهاز عصبي يعمل، يجب أن تعبر هذه الخلايا النسيج، وأن تقيم عند وصولها اتصالات فعّالة. وفي الشبكية وفي مناطق أخرى نامية من الدماغ تُضاف مهمة أخرى: على الخلايا أن تترتب في طبقات متمايزة. ويسمي العلماء هذه العملية التطبّق العصبي.
كان المعروف عن كيفية حدوث التطبّق في الشبكية قليلًا بشكل مفاجئ. فقد ركّزت معظم الأبحاث على القشرة الدماغية، وانصبّ اهتمامها أساسًا على الخلايا المهاجرة نفسها لا على النسيج المحيط بها. وقد سعى مشروع makingtheretina الممول من المجلس الأوروبي للبحوث (ERC) إلى تغيير ذلك، وأحدث خلال ست سنوات ونصف السنة نقلة نوعية في فهم كيفية تكوّن الشبكية.
عمل المشروع على سمك الزرد، وهو نموذج حيواني راسخ ومثالي لمراقبة التطبّق. فالسمكة صغيرة وشفافة، وتنمو بسرعة، وشبكيتها يسهل الوصول إليها نسبيًا مقارنة بأجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي.
وكانت التقنية الأساسية هي المجهرية الصفائحية الضوئية (light-sheet) طويلة الأمد. فهي تضيء طبقة رقيقة واحدة من النسيج في كل مرة، وهذا لطيف بما يكفي ليُبقي الأجنة بصحة جيدة لأيام. تقول الباحثة الرئيسية كارين نوردن، التي كانت سابقًا في معهد غولبنكيان للطب الجزيئي وتعمل الآن في جامعة كامبريدج: «أتاحت لنا المجهرية الصفائحية الضوئية طويلة الأمد مراقبة هجرة الخلايا والتطبّق في جنين سمك الزرد أثناء حدوثهما».
تنتج مراقبة الخلايا لأيام كمية هائلة من الصور، ولذلك انضم إلى علماء الأحياء علماء حاسوب ونظريون. وجمعوا معًا بين التجارب وبين:
وتوضح نوردن: «أتاحت لنا أدوات التحليل المخصصة تتبع حركات الخلايا عبر الزمن واستخراج السرعات والاتجاهات وتغيرات الشكل، مما كشف الاستراتيجيات المختلفة التي تستخدمها أنواع الخلايا العصبية الشبكية المختلفة». وساعدت الأدوات التنبؤية والنماذج النظرية الفريق على صياغة فرضيات حول ما يدفع هذه الحركات، واختبارها، ثم تحسينها على جولات متكررة.
بدا ما رآه الفريق في البداية كأنه «حركة مرور» عصبية فوضوية. لكن تحت ذلك كان هناك تحكم ديناميكي بالغ الإتقان. تقول نوردن: «أظهرت دراساتنا أن البنية الدقيقة للنسيج تنشأ من سلوك فوضوي بشكل مدهش. فالأنواع المختلفة من الخلايا تتحرك في وقت واحد باستراتيجيات مختلفة، وغالبًا ما تتجاوز بعضها بعضًا لتصل إلى مواقعها النهائية».
بعبارة أخرى، لا يوجد طابور واحد منظم. فهناك عدة أنواع من الخلايا العصبية تتحرك في اللحظة نفسها، ولكل منها طريقتها في السفر، ولا تظهر الطبقات الدقيقة إلا كحصيلة لكل هذه الرحلات.
الخلايا الأفقية مثال جيد على ذلك. فهي لم تتبع مسارات ثابتة. بل اتخذت كل خلية طريقها الخاص الذي لا يمكن التنبؤ به. وكان الباحثون يتوقعون في البداية أن البنية الفيزيائية للنسيج هي التي ستوجّهها، لكن ذلك لم يحدث.
فقد وجّهت الخلايا الأفقية اتصالات خلوية غير مباشرة – إشارات كيميائية قادمة من الخلايا المجاورة. وهذا أشبه بأن تجد طريقك في مدينة جديدة بمراقبة الناس من حولك والإصغاء إليهم، لا باتباع خط مرسوم على الرصيف.
أكثر الاكتشافات إدهاشًا تعلق بالخلايا المستقبلة للضوء. تضيف نوردن: «الأكثر لفتًا للنظر أن بعض حركات الخلايا العصبية تخدم حماية نضج النسيج. فقد تحركت الخلايا المستقبلة للضوء ذهابًا وإيابًا، وأجرت دورانًا كاملًا لتُخلي مؤقتًا المكان الذي ستستقر فيه لاحقًا، كي تتمكن الخلايا الأصلية المجاورة من إنهاء انقسامها».
إذن، حركة تبدو كأنها خطأ – الابتعاد عن المكان المستقبلي ثم العودة إليه – تتبين أن لها غرضًا: فهي تمنح الجيران مساحة لإنهاء عملهم. وقد لوحظ سلوك «إخلاء المكان» نفسه في عضيات الشبكية البشرية، مما يوحي بأنه استراتيجية بيولوجية محفوظة.
أظهر المشروع أن بنية نسيج الشبكية النامية والخلايا المتحركة تشكّل كل منهما الأخرى باستمرار، بينما يبقى النسيج المتكوّن محميًا. وقد لوحظت جوانب لافتة من ذلك في عضيات الشبكية البشرية، وقد تكون موجودة في مناطق أخرى من الدماغ أيضًا.
وستتناول الأبحاث المستقبلية الآليات الجزيئية وراء رحلة كل خلية، ومدى متانة التطبّق العصبي، بما في ذلك الصلة الوراثية بإشارات كيميائية وميكانيكية محددة في عيوب الهجرة العصبية. وهنا تكمن الأهمية الطبية. وتختتم نوردن بقولها: «يكمن خلف حالات مثل الصرع والإعاقة الذهنية سوء تموضع الخلايا العصبية. وبمعرفة كيف تجد الخلايا العصبية مواضعها الصحيحة في شبكية سمك الزرد، فإننا نبني الفهم اللازم لاستكشاف ما يحدث من خلل في الاضطرابات العصبية واضطرابات النمو العصبي».
يبيّن مشروع makingtheretina أن بنية دقيقة يمكن أن تنمو من شيء يبدو فوضى. فالخلايا العصبية في شبكية سمك الزرد النامية تتحرك في الوقت نفسه، وتستخدم استراتيجيات مختلفة، وتتبع إشارات كيميائية من جاراتها، بل تعود أحيانًا أدراجها لتفسح المجال لغيرها. وما زال لبحوث الكائنات النموذجية دور أساسي في فهم كيفية نمو الأنسجة والأعضاء في الصحة والمرض، كما أن الجمع بين التجارب والأدوات الحاسوبية والنظرية يعمّق هذا الفهم عمقًا كبيرًا.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文