طور فريق يضم جامعة فرايبورغ طريقة تحليل جديدة للغشاء القاعدي في الرئتين البشرية.
تعد النقائل مسؤولة إلى حد كبير عن معدل الوفيات للمرضى الذين يعانون من سرطانات صلبة؛ وينخفض تكهن مرضى السرطان بشكل كبير إذا تم تشخيص النقائل. حتى الآن لم تكن هناك إجراءات متاحة للتنبؤ بشكل موثوق باحتمالية النقائل المستقبلية. لقد اتخذ فريق من العلماء من الدنمارك وألمانيا بقيادة الأستاذ المساعد د. رافائيل رويتن من كلية الطب بجامعة فرايبورغ والبروفيسور هاوك كلاوسن-شومان من جامعة ميونيخ للعلوم التطبيقية (HM) الخطوة الأولى نحو التشخيص المبكر لتكوين النقائل: لقد طوروا طريقة سهلة الاستخدام لتحليل الغشاء القاعدي في جسم الإنسان - لأن خصائصه الميكانيكية عامل حاسم أثناء عملية النقائل. تم نشر هذه النتائج في المجلة العلمية المرموقة Nature Protocols.
الأغشية القاعدية الأكثر ليونة يصعب اختراقها
يقول رويتن: "نحن مقتنعون بأن نشر هذه الطريقة في شكل بروتوكول مفصل سيجعل من الممكن الاقتراب من التشخيص المبكر لتكوين النقائل". باستخدام البروتوكول، سيتمكن العلماء في جميع أنحاء العالم من تحديد ما إذا كان الأفراد المختلفون يمتلكون ميكانيكا غشاء قاعدي مميزة، وما إذا كانت مرتبطة بتكوين النقائل. الغشاء القاعدي هو بنية من المصفوفة خارج الخلية - الكتلة البروتينية خارج الخلايا - التي تحيط بجميع الأوعية الدموية والعديد من الأعضاء والأورام أيضًا.
في الماضي، كان يُفترض أن هذه البنية كانت مجرد حاجز يجب على الخلايا السرطانية التغلب عليه بمساعدة آلياتها الخاصة. ومع ذلك، في ورقة بحثية من عام 2021، تمكن رويتن وكلاوسن-شومان من إظهار أن الخصائص الميكانيكية للغشاء القاعدي هي نفسها عامل حاسم يؤثر على نقائل الخلايا السرطانية وبالتالي أيضًا على تكهن مرضى السرطان: كلما كان الغشاء القاعدي أكثر ليونة، كلما قل عدد الخلايا السرطانية التي تتغلب على هذا الحاجز - مما يؤدي إلى انخفاض في النقائل - وزيادة في البقاء على قيد الحياة.
تحليل بواسطة برنامج شبه آلي
بالتعاون مع عيادة التوليد وأمراض النساء بالمركز الطبي الجامعي فرايبورغ وقسم علم الأمراض في مستشفى ريجشبيتاليت في كوبنهاغن، نشر العلماء الآن أداة تحليل في شكل دليل مفصل وسهل الاستخدام خطوة بخطوة، يوضح كيفية تحديد الخصائص الميكانيكية للغشاء القاعدي في الرئتين البشرية. كما أتاح الفريق للمجتمع العلمي برنامجًا شبه آلي لتحليل بيانات القياس وتحديد الغشاء القاعدي. سيصبح هذا البرنامج في المستقبل أكثر قوة بفضل الذكاء الاصطناعي. يقول المؤلف الأول للدراسة، باستيان هارتمن من جامعة ميونيخ للعلوم التطبيقية (HM): "بمجرد توفر المزيد من البيانات الشاملة، سيتم تنفيذ التعرف الآلي بالكامل على الغشاء القاعدي باستخدام التعلم الآلي".
يبلغ سمك الغشاء القاعدي 100 إلى 400 نانومتر فقط (حوالي عُشر الألف من المليمتر). يقول الفيزيائي الحيوي هاوك كلاوسن-شومان: "كان تحديد موقعه بدقة في الأنسجة، وقياس خصائصه الميكانيكية، وتمييزه بدقة عن الأنسجة المحيطة به تحديًا استثنائيًا". "تمكنا من حل هذا بمزيج من المجهر البصري ومجهر القوة الذرية". يوسع البروتوكول الجديد الآن هذا الإجراء ليشمل الغشاء القاعدي للرئتين البشرية، مما يجعله ممكنًا للمستخدمين غير ذوي الخبرة.
نتائج إضافية لأبحاث السرطان
يتوقع العلماء الحصول على نتائج مهمة لأبحاث السرطان باستخدام طريقتهم. هذا لأنه على الرغم من أن الأورام تعيد تشكيل العديد من الهياكل في الجسم لتلبية احتياجاتها، وبصرف النظر عن هذه التغييرات المتعلقة بالسرطان، فإن الخصائص الميكانيكية الفردية للغشاء القاعدي لها تأثير حاسم على عملية النقائل. لذلك، قد يكون من الممكن، كما يرى رويتن، أن تجعل بعض آليات الغشاء القاعدي بعض الأشخاص أكثر عرضة للإصابة بالنقائل من حيث المبدأ.
ملخص:
· المنشور الأصلي: Bastian Hartmann, Lutz Fleischhauer, Monica Nicolau, Thomas Hartvig Lindkær Jensen, Florin-Andrei Taran, Hauke Clausen-Schaumann, Raphael Reuten: Profiling native pulmonary basement membrane stiffness using atomic force microscopy. في: Nature Protocols
DOI: https://doi.org/10.1038/s41596-024-00955-7
رابط المشاركة: https://rdcu.be/dz2Aa
· الدكتور رافائيل رويتن أستاذ مساعد في معهد علم الأدوية التجريبي والسريري والسموم بجامعة فرايبورغ منذ منتصف عام 2021 ويقود مجموعة أبحاث MatriTecture Lab. يركز على تأثير البنية الخارجية على العمليات الخلوية، وخاصة تطور الأورام، بهدف تطبيق استراتيجيات تشخيصية وعلاجية قائمة على المصفوفة في الاستخدام السريري اليومي.
· الباحث البروفيسور هاوكي كلاوسن-شومان في مركز هندسة الأنسجة التطبيقية والطب التجديدي بالجامعة التقنية في ميونيخ. يتخصص في تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد الحيوية على نطاق النانومتر. باستيان هارتمان هو طالب دكتوراه في فريق كلاوسن-شومان، ويركز على التحقيقات النانوميكانيكية للأنسجة باستخدام المجهر القوي الذري.
· تم تمويل المشروع من قبل وزارة العلوم والفنون بولاية بافاريا، والمنتدى الأكاديمي البافاري (BayWISS)، والمؤسسة الألمانية للأبحاث (DFG)، وجمعية السرطان الدنماركية.
