1

اندام‌های بدن همچون توده‌ای از خاک رس منفعل شکل نمی‌گیرند، بلکه حاصل چشم‌اندازی پویا از سلول‌هایی هستند که می‌خزند، نیرو وارد می‌کنند و سیگنال می‌فرستند تا در نهایت فرم نهایی ظاهر شود.

در مطالعه‌ای جدید روی مگس میوه، پژوهشگران مشاهده کردند که سلول‌های ماهیچه‌ای آینده روی بیضه‌ی نابالغ حرکت می‌کنند، آن را همچون یک کیسه‌ی بنددار فشار می‌دهند و با پیچاندن بافت، آن را به ساختار مارپیچی بالغ تبدیل می‌کنند.

مشاهدات مهم: خزیدن سلول‌ها برای شکل‌دهی به اندام

حرکت سلول‌های مزانشیمی روی بیضه

بیضه‌ی مگس میوه (گونه Drosophila melanogaster) در ابتدا ساختاری بیضی و صاف دارد. اما در عرض چند ساعت، موجی از سلول‌های مزانشیمی—که پیش‌سازهای متحرکی شبیه فیبروبلاست‌ها هستند—بر سطح آن سر می‌خورند.

این سلول‌ها به‌صورت تصادفی حرکت نمی‌کنند، بلکه به‌شکل گروهی و هماهنگ پیش می‌روند، فرآیندی که به آن «مهاجرت جمعی سلول‌ها» گفته می‌شود. این هماهنگی باعث می‌شود که هیچ شکاف یا ناحیه‌ی پوشش‌نداده‌ای در اندام باقی نماند.

نقش جدید سلول‌های مهاجر در ساخت اندام

در حالی که کتاب‌های درسی بیشتر بر سلول‌های اپی‌تلیال (که همچون آجر و ملات عمل می‌کنند) به‌عنوان عامل اصلی شکل‌دهی اندام‌ها تأکید دارند، این مطالعه نشان می‌دهد که سلول‌های مهاجر نیز می‌توانند در تغییر طول، انحنا یا پیچش اندام‌ها به همان اندازه مهم باشند.

هر سلول پیش‌ساز تقریباً هر ده دقیقه به‌اندازه‌ی طول بدن خود حرکت می‌کند؛ سرعتی که اگر با ابعاد انسانی مقایسه شود، برابر با دویدن آهسته در یک زمین فوتبال طی یک ساعت است.

ویدیوهایی که رفتار سلول‌ها را زنده ثبت کردند

ثبت تصاویر با وضوح زمانی بالا

دکتر مایک بیشوف از دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل و همکارانش در آزمایشگاه پیفر، با استفاده از برچسب‌های فلورسنت، سلول‌های پیش‌ساز را نشانه‌گذاری کردند و به‌مدت شش ساعت از آن‌ها فیلم گرفتند.

این ویدیوها نشان دادند که سلول‌ها به‌صورت متناوب پیش‌روی می‌کنند و سپس با تنگ‌کردن حلقه‌ی اکتینی اطراف بیضه، آن را فشرده می‌سازند.

برای ثبت این فرایند با سرعت بالا، تیم تحقیقاتی از میکروسکوپ دیسک چرخان مجهز به اپتیک تطبیقی استفاده کرد که هر ۳۰ ثانیه یک تصویر حجمی بدون آسیب‌رسانی به بافت ثبت می‌کرد.

تعامل سلولی شبیه زیپ

هر سلول دست‌کم سه فیلوپودیا را در تماس با همسایگانش نگه می‌دارد، مشابه انگشتانی که در یک درز زیپ‌دار به هم متصل‌اند. حتی اگر یک سلول متوقف شود، این ساختار پیوسته باقی می‌ماند و نیرو به‌صورت یکنواخت در کل لایه پخش می‌شود، مانند کوهنوردانی که به طناب متصل هستند.

سیگنال‌های عصبی در هدایت سلول‌های اندامی

نقش غیرمنتظره‌ی سمافورین و پلکسین

پژوهشگران دریافتند که سلول‌های پیش‌ساز متحرک با زبانی شیمیایی مشابه سیستم عصبی با یکدیگر ارتباط دارند. پیام‌رسان کلیدی در این میان «سمافورین» است و گیرنده‌ی آن «پلکسین» روی غشای سلول قرار دارد که نقش ترمز و فرمان را به‌طور همزمان ایفا می‌کند.

اثرات ژنتیکی دست‌کاری سیگنال‌ها

وقتی سطح پلکسین کاهش یافت، سلول‌هایی که بیضه را احاطه می‌کردند به هم چسبیدند و وقتی بیش از حد افزایش یافت، از هم جدا شدند. هر دو حالت باعث ایجاد حفره‌هایی در لایه‌ی ماهیچه‌ای شدند.

این یافته با مشاهدات در مهره‌داران هم‌راستاست؛ جایی که مسیر سیگنال‌دهی سمافورین-پلکسین می‌تواند باعث سست‌شدن یا تقویت اتصالات سلولی شود.

ارتباط نتایج با انسان و سرطان

عملکرد مشابه در پستانداران

در مگس میوه، سمافورین-۱b به‌جای فعال‌کردن پلکسین، آن را مهار می‌کند. این پدیده مشابه رفتار سمافورین-۶A در پستانداران است که فاصله‌ی بین نورون‌های قشری را تنظیم می‌کند.

در ادامه‌ی مسیر سیگنال‌دهی، مولکول R‑Ras2 بین حالت‌های فعال و غیرفعال جابه‌جا می‌شود تا اتصال سلول به ماتریکس زمینه‌ای را تنظیم کند؛ مکانیسمی که پیش‌تر در پایداری عروق خونی شناخته شده بود.

درس‌هایی برای درک حرکت سلول‌های سرطانی

سلول‌های سرطانی زمانی که از تومور اولیه جدا می‌شوند، بسیاری از استراتژی‌های رشد و حرکت جنینی را تکرار می‌کنند. آن‌ها معمولاً به‌شکل مزانشیمی در می‌آیند، به‌صورت گروهی مهاجرت می‌کنند و از مسیر سیگنال‌دهی سمافورین-پلکسین بهره می‌برند.

بررسی‌ها در سال ۲۰۲۴ نشان داد که در بیش از دوازده نوع تومور، سطح سیگنال‌دهی پلکسین با میزان تهاجم و گسترش متاستاز مرتبط است.

دکتر مارک پیفر می‌گوید: «سلول‌های مزانشیمی اغلب در رشد اندام‌ها نادیده گرفته می‌شوند، اما آن‌ها بسیار پویا و تأثیرگذار هستند.»

کاربردهای بالقوه در مهندسی بافت و پزشکی بازساختی

کاربرد در ساخت اندام‌های مصنوعی

دستاوردهای این تحقیق، می‌تواند به مهندسان بافت ابزار جدیدی بدهد. ارگانوئیدهای مصنوعی معمولاً به فاکتورهای رشد و داربست‌های سخت وابسته‌اند، اما همچنان به‌طور غیرقابل پیش‌بینی فرو می‌ریزند یا تا می‌شوند.

تنظیم فعالیت سمافورین یا پلکسین می‌تواند به هدایت حرکت سلول‌ها کمک کند تا بدون قالب‌های خارجی، کانال‌ها، حفره‌ها یا پوسته‌های مارپیچی ساخته شوند.

داروهای احتمالی و کاربردهای درمانی

داروهای مهارکننده‌ی پلکسین که در حال حاضر برای دردهای عصبی بررسی می‌شوند، ممکن است در پزشکی بازساختی نیز مفید باشند، به‌شرطی که دوز آن‌ها قابل تنظیم در بافت خاص باشد.

علاوه بر این، مسیرهای مشابه در بازسازی عروق پس از آسیب یا سکته نیز مؤثر هستند. اختلال در R‑Ras می‌تواند باعث نشت مویرگ‌ها در دیابت شود.

نتیجه‌گیری: تعریف استانداردی نو برای مطالعه‌ی شکل‌گیری اندام

با ثبت مسیرهای هزاران سلول در اعماق بافت، تصویربرداری سریع از مگس میوه که توسط تیم بیشوف انجام شد، استاندارد جدیدی در مطالعه‌ی «مورفوژنز» یا شکل‌گیری اندام‌ها ارائه داده است.

ترکیب این روش با کلیدهای اپتوژنتیکی که در عرض چند ثانیه می‌توانند فعالیت پلکسین را خاموش و روشن کنند، می‌تواند نشان دهد که چگونه پالس‌های گذرا از چسبندگی، شکل نهایی اندام را در بلندمدت تعیین می‌کنند.

این سطح از دقت، برای ساخت بافت‌هایی که آماده‌ی پیوند هستند و هر انحنا در آن اهمیت دارد، حیاتی خواهد بود.