الأنابيب النانوية الدماغية ودورها في مرض الزهايمر

في دراسة حديثة، اكتشف الباحثون في جامعة جونز هوبكنز دور الأنابيب النانوية في أدمغة الثدييات وتأثيرها على مرض الزهايمر.

الأنابيب النانوية الدماغية الصغيرة ودورها في مرض الزهايمر

أفاد الباحثون في جامعة جونز هوبكنز الطبية أنهم حددوا كيف تقوم أدمغة الثدييات ببناء شبكات معقدة من الأنابيب الصغيرة التي تنقل السموم داخل وخارج خلايا الدماغ، مثلما ترسل الأنابيب الهوائية العناصر عبر أنظمة في المصانع والمتاجر.

تجارب مبتكرة ودعم علمي

وقد حظيت تجاربهم، التي استخدمت فئرانًا معدلة وراثيًا وأدوات تصوير متقدمة، بدعم من المعاهد الوطنية للصحة ونشرت في الثاني من أكتوبر عام 2018 في مجلة علوم. ووفقًا للفريق، فإن هذا الاكتشاف يمكن أن يعمق الفهم العلمي لكيفية تطور مرض الزهايمر وغيره من الاضطرابات العصبية التنكسية، مما يوفر مسارات محتملة لعلاجات جديدة.

الأنابيب النانوية وتأثيرها على الخلايا العصبية

في الدراسة، لاحظ العلماء أن هذه الأنابيب المجهرية، المعروفة باسم الأنابيب النانوية، تشكلت في المقام الأول لمساعدة الخلايا العصبية على طرد الجزيئات الصغيرة السامة مثل أميلويد بيتا. يمكن أن يتجمع هذا البروتين معًا في لويحات لزجة، وهي إحدى السمات المميزة لمرض الزهايمر.

يقول المؤلف المقابل هيونغباي كوون، الأستاذ المساعد في علم الأعصاب في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز: “يجب على الخلايا أن تتخلص من الجزيئات السامة، ومن خلال إنتاج الأنابيب النانوية، يمكنها بعد ذلك نقل هذا الجزيء السام إلى خلية مجاورة”. ولسوء الحظ، يؤدي هذا أيضًا إلى نشر البروتينات الضارة إلى مناطق أخرى من الدماغ.

التقنيات المتقدمة في البحث

وبمساعدة المجاهر القوية وتصوير الخلايا الحية، شاهد الفريق الخلايا العصبية وهي تنشئ امتدادات طويلة ونحيلة بين تشعباتها – وهي النتوءات المتفرعة التي تربط خلايا الدماغ. ويبدو أن هذه “الأنابيب النانوية المتغصنة”، كما يسميها الباحثون، تنقل الجزيئات الضارة من خلية عصبية إلى أخرى.

يقول كوون: “إن الهياكل الطويلة والرفيعة التي تشبه الأعمدة لهذه الأنابيب النانوية المتغصنة تساعد في نقل المعلومات بسرعة من خلية عصبية إلى أخرى”. “يمكن لهذه الأنابيب النانوية نقل الكالسيوم والأيونات أو الجزيئات السامة، وهي مثالية لإرسال المعلومات إلى الخلايا البعيدة.”

نتائج المحاكاة الحاسوبية

عكست المحاكاة الحاسوبية للعملية المراحل الأولى من تراكم الأميلويد، أو “الداء النشواني المبكر”، وكشفت عما وصفه الباحثون بـ “طبقة الاتصال الأنبوبية النانوية” التي تضيف بعدًا جديدًا لكيفية تفاعل خلايا الدماغ.

ويشير كوون إلى أن هذه الأفكار يمكن أن تساعد العلماء على تحسين أساليب علاج مرض الزهايمر والحالات المماثلة.

استكشاف الأنابيب النانوية في خلايا أخرى

لاستكشاف هذه الظاهرة، جمع الباحثون عينات صغيرة من أنسجة المخ من الفئران السليمة وفحصوها باستخدام المجهر عالي الدقة، مما سمح لهم بتصور الأنابيب النانوية بتفاصيل رائعة وتتبع كيفية نقل المواد بين الخلايا العصبية.

ثم قاموا بمقارنة هذه العينات مع أنسجة المخ المأخوذة من الفئران المعدلة وراثيًا لتطوير تراكم الأميلويد الشبيه بمرض الزهايمر.

ويقول الباحثون إن الفئران المصابة بمرض الزهايمر كان لديها عدد متزايد من الأنابيب النانوية في أدمغتها عند عمر ثلاثة أشهر، عندما كانت الفئران خالية من الأعراض، مقارنة بالفئران العادية من نفس العمر. وفي عمر ستة أشهر، بدأ عدد الأنابيب النانوية في الفئران السليمة وتلك المصابة بمرض الزهايمر بالتعادل.

توجهات البحث المستقبلية

ومن خلال إلقاء نظرة فاحصة على الخلايا العصبية البشرية (التي تم أخذ عينات منها بإذن من قاعدة بيانات المجهر الإلكتروني المتاحة للجمهور)، حدد العلماء الأنابيب النانوية ذات الشكل المشابه الذي يتشكل بين الخلايا العصبية بنفس الطريقة التي طورتها بها فئران المختبر.

يقول كوون إن الفريق سيركز في التجارب المستقبلية على ما إذا كانت شبكات الأنابيب النانوية واسعة النطاق موجودة في أنواع خلايا أخرى غير الخلايا العصبية في الدماغ. وفي نهاية المطاف، ينوي تصميم تجربة يقوم فيها الباحثون بإنشاء أنبوب نانوي لمعرفة كيفية تأثيره على حالة الخلايا.

ومع مثل هذه المعرفة، يقول كوون، هناك إمكانية في يوم من الأيام لزيادة أو خفض إنتاج الأنابيب النانوية لحماية الدماغ.

يقول كوون: “عند تصميم علاج محتمل بناءً على هذا العمل، يمكننا استهداف كيفية إنتاج الأنابيب النانوية – إما عن طريق زيادة أو تقليل تكوينها – وفقًا لمرحلة المرض”.

تم توفير التمويل لهذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (DP1MH119428 وR01NS138176).

الباحثون الإضافيون الذين أجروا الدراسة هم مينهيوك تشانغ، وسارة كروسل، وجوهيون كيم، ودانييل لي، وأليك ميروديو، وجايونغ كوون من جامعة جونز هوبكنز؛ ولاكشمي كومار باراجولي وشيجيو أوكابي من جامعة طوكيو باليابان.

المصدر: Health & Medicine News — ScienceDaily

تفتح هذه الاكتشافات آفاقًا جديدة لفهم مرض الزهايمر وتطوير علاجات فعالة في المستقبل.