گورخرماهی ها می‌توانند در کمال شگفتی قلب خود را ترمیم کنند

مطالعات جدید بوی گورخرماهی و نشان می‌دهد که این جانور می‌تواند قلب آسیب دیده‌ی خود را ترمیم کند؛ کاری که برای انسان غیر ممکن است.

گورخرماهی‌ها موجودات شگفت انگیزی هستند. آنها نه تنها بدنی کاملا شفاف دارند، بلکه می‌توانند اندام‌های جدیدی را نیز رشد دهند. ما از قبل می‌دانستیم که این ماهی‌های کوچک نیمه شفاف قادرند بافت شبکیه‌ی چشمان خود را بازسازی کنند. اکنون تحقیقات جدید نشان می‌دهد که گورخرماهی‌ها می‌توانند بافت قلبشان را هم پس از آسیب احیا کنند؛ پروسه‌ای که برای قلب انسان تقریبا غیرممکن است.

جان فیلیپ یونکر، زیست شناس رشدی و نویسنده‌ی این مقاله، از موسسه زیست شناسی سیستم‌های پزشکی برلین در آلمان، می‌گوید: «ما می‌خواستیم بفهمیم که این ماهی کوچک چگونه این کار (احیای بافت قلبی) را انجام می‌دهد و آیا می‌توانیم چیزی از آن بیاموزیم یا خیر».

این مطالعه‌ی جدید که توسط یونکر به همراه دانیلا پاناکوا، محقق سیگنال دهی سلولی در مرکز پزشکی مولکولی ماکس دلبروک انجام شده، در مجله علمی Nature به چاپ رسیده است و مجموعه رویدادهایی را که منجر به بازسازی قلب در گورخرماهی می‌شود، شرح داده است.

گورخرماهی ۲۰ درصد از بافت قلب خودش را بازسای می‌کند

در انسان، سلول‌های ماهیچه‌ای قلب به نام کاردیومیوسیت نمی‌توانند مانند سلول‌های قلب گورخرماهی بازسازی شوند. با کمبود اکسیژن در هنگام حمله قلبی، کاردیومیوسیت‌های ما آسیب می‌بینند و جای عضله‌ی از دست رفته، زخم‌های دائمی (به نام فیبروز) ایجاد می‌شود که قلب را ضعیف‌تر از قبل می‌کند.

با این حال، گورخرماهی قادر است تا 20 درصد از بافت قلب یک میلی‌متری خود را در عرض دو ماه پس از آسیب قلبی، بازسازی کنند.

آنچه این مطالعه‌ی جدید به ما نشان می‌دهد این است که سلول‌های بافت همبند به نام فیبروبلاست، رهبر فرآیند بازسازی قلب در گورخرماهی هستند و پروتئین‌هایی را تولید می‌کنند که به عنوان سیگنال‌های ترمیم عمل می‌کنند.

یافته‌های جدید به طور هیجان انگیزی با دیگر تلاش‌های امیدوارکننده در علم پزشکی برای احیای قلب، هماهنگی دارد. اکنون دانشمندان به دنبال جایگزینی یا ترمیم قلب‌های آسیب‌دیده با روش درمان سلولی الهام گرفته شده از سلول‌های گورخرماهی هستند.

اوایل سال جاری میلادی، جراحان برای اولین بار موفق شدند قلب خوک را به یک انسان پیوند دهند. البته این مرد بعد از دو ماه از دنیا رفت.

در ماه می میلادی، محققان موفق شدند سلول‌های انسانی را که به بازسازی نسبی قلب، پس از حمله قلبی کمک می‌کند را شناسایی کنند.

در ماه ژوئن هم دانشمندان توانستند حمله قلبی را در موش‌ها درمان کنند. آن‌ها از تکنیکی شامل mRNA که دستورالعمل‌های ژنتیکی را برای ترمیم به سلول‌های عضله قلب می‌رساند، استفاده کردند.

محققان در این مطالعه جدید، قلب کوچک حیوانات را برای تقلید از حمله قلبی انسان (که انفارکتوس میوکارد نیز نامیده می‌شود) با سوزنی فوق سرد آسیب زدند و به بررسی اتفاقات بعدی پرداختند.

یونکر می‌گوید:

در کمال تعجب، واکنش فوری به آسیب در گورخرماهی، بسیار شبیه واکنش سلول‌های انسانی است. در انسان، این بازسازی در همان نقطه‌ی آسیب متوقف می‌شود، اما در قلب گورخرماهی ادامه می‌یابد. آنها کاردیومیوسیت‌های جدیدی را تشکیل می‌دهند که توانایی انقباض دارند.

با استفاده از تکنیک‌های توالی‌یابی تک سلولی، این تیم حدود 200 هزار سلول قلب جدا شده از گورخرماهی را قبل و بعد از آسیب اسکن کردند و اطلاعات ژنومی را از سلول‌های جداگانه استخراج کردند تا ببینند کدام سلول‌ها در قلب آسیب‌دیده فعال هستند.

کشف عنصر ترمیم کننده بافت قلب گورخرماهی ها

آنها کشف کردند که سه نوع فیبروبلاست به طور موقت وارد حالت فعال شده‌اند و ژن‌هایی را فعال می‌کنند که پروتئین‌های عضله ساز مانند کلاژن XII را رمزگذاری می‌کند؛ موردی که باعث رشد بافت همبند می‌شود.  زمانی که محققان این ژن‌ها را در گورخرماهی خاموش کردند، قلب آنها دیگر قادر به بازسازی نبود.

یونکر در مورد فیبروبلاست‌های رونویس کننده‌ی کلاژن می‌گوید: «آنها درست در محل آسیب تشکیل می‌شوند».

در حالی که ممکن است فیبروبلاست‌ها نقش کلیدی داشته باشند، تحقیقات گذشته در مورد گورخرماهی نشان داده است که سلول‌های التهابی بافت به نام ماکروفاژها به حملات قلبی، واکنش سریعی دارند و برای بازسازی قلب لازم هستند.

اپی کاردیوم، لایه بیرونی قلب هم به عنوان مرکزی برای بازسازی قلب شناسایی شده است و تحقیق جدید از این فرضیه، حمایت می‌کند.

پس از مهندسی سلول‌ها با کدهای ژنتیکی منحصربه‌فرد، محققان فیبروبلاست‌های فعال شده را ردیابی کردند و نشان دادند که آنها در اپی کاردیوم گورخرماهی ساخته شده‌اند و سلول‌ها، تنها در آن نقطه کلاژن XII تولید می‌کنند.

تکنیک‌های توالی‌یابی تک سلولی در خط مقدم فناوری‌های ژنومی پیشرفته قرار دارند. این همان تکنیکی است که محققان برای مکان‌یابی سلول‌های قلبی که سیگنال‌های احیاکننده را ارسال می‌کنند، استفاده کردند.

دانشمندان به دنبال پیدا کردن راهی برای جلوگیری از حملات قلبی در انسان

اگرچه توالی یابی تک سلولی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و جزئیات بی‌نظیری در مورد فعالیت هر واحد سلولی ارائه می‌دهد، با این حال تحقیقات بیشتری برای تایید یافته‌های علمی در سایر جانوران و ارگانیسم آن‌ها مورد نیاز است. مشخص نیست که آیا همان مکانیسم‌های رهبری فیبروبلاست در پستاندارانی مانند انسان و موش نیز وجود دارد یا خیر.

باستیان اسپانجاارد، نویسنده این مقاله و زیست شناس رشدی از موسسه زیست‌شناسی پزشکی برلین می‌گوید: «بازسازی قلب فرآیند پیچیده‌ای است که تحت تاثیر فاکتورهای مختلفی قرار دارد».

آزمایش‌ها مقادیر عظیمی از داده‌ها را ارائه کردند. ردیابی سیگنال‌های بیولوژیکی صحیح از بین آن‌ها، کار بسیار چالش برانگیز خواهد بود.

ضمنا این تیم تحقیقاتی قصد دارد با دقت بیشتری به بررسی ژن‌های فعال شده در فیبروبلاست‌ها بپردازد؛ ژن‌هایی که در گورخرماهی باعث تولید پروتئین‌های خاصی می‌شوند که سلول‌های عضله قلب را برای رشد مجدد تحریک می‌کنند.

در حال حاضر، این مطالعه توانسته اطلاعات مفیدی را از فرآیندهای بیولوژیکی در پاسخ به حمله قلبی ارائه دهد. اطلاعاتی که ممکن است به مرور زمان به جلوگیری از حوادث قلبی ثانویه کمک کند. نسخه‌ی کامل این مقاله در مجله‌ی Nature Genetics منتشر شده است.