العلماء يطورون جهاز نقل الميتوكوندريا عالي الإنتاجية – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Scientists develop high-throughput mitochondria transfer device
(University of California, Los Angeles – جامعة كاليفورنيا ، لوس انجلوس)

طور علماء من مركز جونسون الشامل للسرطان بجامعة كاليفورنيا – لوس انجلوس طريقة بسيطة وعالية الإنتاجية لنقل الميتوكوندريا المعزولة، وما يرتبط بها من الحمض النووي للميتوكوندريا (mitochondrial DNA) [١]، إلى خلايا الثدييات. ويمكّن هذا النهج الباحثين من تصميم مكون وراثي رئيسي للخلايا، لدراسة وربما علاج الأمراض الموهنة مثل السرطان والسكري واضطرابات التمثيل الغذائي.

وتصف دراسة نُشرت في ٢٩ ديسمبر ٢٠٢٠  في مجلة تقارير الخلية (Cell Reports) كيف ينقل الجهاز الجديد الذي طورته جامعة كاليفورنيا – لوس انجلوس، ويسمى ميتوبونتش (MitoPunch)، الميتوكوندريا إلى ١٠٠٠٠٠ أو أكثر من الخلايا المستقبلة في وقت واحد، وهو تحسن كبير مقارنة بتقنيات نقل الميتوكوندريا الحالية. ويعد هذا الجهاز جزءًا من الجهود المستمرة التي يبذلها علماء الجامعة لفهم الطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا من خلال تطوير مناهج متلاعبة مضبوطة تعمل على تحسين وظيفة الخلايا البشرية أو نمذجة أمراض الميتوكوندريا البشرية بشكل أفضل.

وقال ألكسندر سيرسل، المرشح لنيل درجة الدكتوراه في كلية ديفيد غيفن للطب بجامعة كاليفورنيا – لوس أنجلوس والمؤلف المشارك الأول للدراسة: “إن القدرة على توليد الخلايا بتسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا المرغوبة تعتبر قوية لدراسة كيفية تفاعل الجينومات في الميتوكوندريا والنواة لتنظيم وظائف الخلية، والتي يمكن أن تكون حاسمة لفهم ومعالجة الأمراض لدى المرضى”.

وتعتمد الميتوكوندريا، وهي موروثة من أم الشخص وتعرف غالبًا باسم “مصنع الطاقة” للخلية، على سلامة الحمض النووي للميتوكوندريا، لأداء وظائفها الأساسية. ويمكن أن تؤدي الطفرات الموروثة أو المكتسبة من الحمض النووي للميتوكوندريا إلى إعاقة إنتاج الطاقة بشكل كبير وقد تؤدي إلى أمراض موهنة.

وتتخلف تقنيات معالجة الحمض النووي للميتوكوندريا عن التقدم المطلوب في معالجة الحمض النووي في نواة الخلية، ويمكن أن تساعد العلماء على تطوير نماذج للأمراض وعلاجات تجديدية للاضطرابات التي تسببها هذه الطفرات. ومع ذلك، فإن الأساليب الحالية محدودة ومعقدة، ولا يمكنها في الغالب توصيل الميتوكوندريا إلا بتسلسلات الحمض النووي للميتوكوندريا المرغوبة إلى عدد محدود ومتنوع من الخلايا.

ويسمح جهاز ميتوبونتش (MitoPunch) ، الجديد والسهل التشغيل، بنقل الميتوكوندريا المتسق من مجموعة واسعة من الميتوكوندريا المعزولة من أنواع مختلفة من الخلايا المانحة إلى العديد من أنواع الخلايا المتلقية، حتى بالنسبة للأنواع غير البشرية، بما في ذلك الخلايا المعزولة من الفئران.

“ما يميز جهاز ميتوبونتش (MitoPunch) عن التقنيات الأخرى هو القدرة على هندسة خلايا غير خالدة وغير خبيثة، مثل خلايا الجلد البشرية، لتوليد تركيبات فريدة من الجينوم النووي والحمض النووي للميتوكوندريا” كما يقول المؤلف الأول المشارك للبحث ألكسندر باتانان، وهو حاصل على الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، والباحث الذي يعمل الآن في أمغن (Amgen) [٢]. ويضيف: “سمح لنا هذا التقدم بدراسة تأثير تسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا على وظائف الخلية، من خلال تمكين إعادة برمجة هذه الخلايا إلى خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات، والتي تم تمايزها بعد ذلك إلى خلايا دهنية وغضاريف وعظام”.

وقد تم إنشاء جهاز ميتوبونتش (MitoPunch) في مختبرات الدكتور مايكل تيتيل، مدير مركز جونسون للسرطان وأستاذ علم الأمراض والطب المخبري، والبروفيسور باي يو (إريك) تشيو، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضاء في كلية هنري سامويلي للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة كاليفورنيا، و تينغهسيانغ وو ، من شركة اميونيتي بايو (ImmunityBio, Inc.) بمدينة كولفر بولاية كاليفورنيا.

ويعتمد جهاز ميتوبونتش (MitoPunch) على تقنية سابقة وجهاز يسمى نانوبليد (nanoblade) الضوئية، والذي طوره الفريق في عام ٢٠١٦. ولكن على عكس جهاز نانوبليد الضوئية ، التي يتطلب ليزرًا وأنظمة بصرية متطورة للعمل، يعمل جهاز ميتوبونتش (MitoPunch) باستخدام الضغط لدفع تعليق ميتوكوندريا معزول من خلال مسامي. غشاء مغطى بالخلايا. ويقترح الباحثون أن هذا التدرج الضغطي المطبق يخلق القدرة على ثقب أغشية الخلايا في مواقع منفصلة، مما يسمح للميتوكوندريا بالدخول المباشر إلى الخلايا المتلقية، متبوعًا بإصلاح غشاء الخلية.

“علمنا عندما أنشأنا لأول مرة الشفرة النانوية الحرارية الضوئية أننا سنحتاج إلى إنتاجية أعلى وأسهل في استخدام النظام الذي يسهل على المختبرات الأخرى تجميعه وتشغيله” ، يقول البروفيسور تيتيل، أستاذ علم الأمراض التنموي وعضو في مركز أبحاث الخلايا الجذعية العريضة بجامعة كاليفورنيا، ويشغل أيضًا منصب رئيس قسم طب الأطفال والأطباء. ويتابع: “هذا الجهاز الجديد فعال للغاية ويسمح للباحثين بدراسة جينوم الميتوكوندريا بطريقة بسيطة – مبادلته من خلية إلى أخرى – والتي يمكن استخدامها للكشف عن البيولوجيا الأساسية التي تحكم مجموعة واسعة من وظائف الخلية، ويمكن – يومًا ما – أن تقدم الأمل في علاج أمراض الحمض النووي للميتوكوندريا”.

 *تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2020-12-scientists-high-throughput-mitochondria-device.html

لمزيد من المعلومات: الكسندر باتانانان وآخرون،  Pressure-Driven Mitochondrial Transfer Pipeline Generates Mammalian Cells of Desired Genetic Combinations and Fates, Cell Reports(2020).  DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108562

الهوامش:

[١] الحمض النووي للميتوكوندريا هو الكروموسوم الدائري الصغير الموجود داخل الميتوكوندريا، وهي عضيات (organelles) توجد في الخلايا التي هي مواقع إنتاج الطاقة. ويتم تمرير الميتوكوندريا، وبالتالي الحمض النووي للميتوكوندريا، من الخلية الأم إلى النسل. المصدر: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrial_DNA

[٢]  شركة أمغن (Amgen Inc) هي شركة أدوية بيولوجية أمريكية متعددة الجنسيات مقرها في ثاوزاند أوكس (Thousand Oaks) بولاية كاليفورنيا، وهي واحدة من أكبر شركات التكنولوجيا الحيوية المستقلة، وقد تأسست في عام ١٩٨٠. ويكيبيديا.