إزالة الخلايا

إزالة الخلايا (أو إزالة الخلايا في الإنجليزية البريطانية) هي عملية تُستخدم في الهندسة الطبية الحيوية لعزل المادة الخلوية خارج الخلية (ECM) للأنسجة عن خلاياها، تاركةً هيكلًا من المادة الخلوية خارج الخلية للأنسجة الأصلية، والذي يُمكن استخدامه في تجديد الأعضاء والأنسجة الاصطناعية. تُعالج عمليات زراعة الأعضاء والأنسجة مجموعة متنوعة من المشاكل الطبية، بدءًا من فشل الأعضاء وصولًا إلى الجراحة التجميلية. أحد أكبر معوقات زراعة الأعضاء هو رفض الجسم للعضو المزروع، والذي ينتج عن تفاعل الأجسام المضادة لدى متلقي الزرع مع مستضدات المتبرع على أسطح خلايا العضو المتبرع به. ^{[ 1 ]} وبسبب الاستجابات المناعية غير المواتية ، يعاني مرضى زراعة الأعضاء من تناول أدوية مثبطة للمناعة مدى الحياة. كان ستيفن ف. باديلك رائدًا في عملية إزالة الخلايا في معهد ماكجوان للطب التجديدي بجامعة بيتسبرغ. ^{[ 2 ]} تُنتج هذه العملية مادة حيوية طبيعية تعمل كدعامة لنمو الخلايا وتمايزها وتطور الأنسجة. من خلال إعادة زرع خلايا المريض نفسه في دعامة المصفوفة خارج الخلوية، يتم التخلص من الاستجابة المناعية الضارة. وتتوفر اليوم دعامات المصفوفة خارج الخلوية تجاريًا لتطبيقات هندسة الأنسجة المتنوعة . وقد تبين أن استخدام حمض البيرأسيتيك لإزالة الخلايا من دعامات المصفوفة خارج الخلوية غير فعال، إذ أنه يُطهّر النسيج فقط.

مع توفر مجموعة واسعة من العلاجات المحفزة لإزالة الخلايا، تُراقَب توليفات العلاجات الفيزيائية والكيميائية والإنزيمية بدقة لضمان احتفاظ هيكل المصفوفة خارج الخلوية (ECM) بالسلامة الهيكلية والكيميائية للنسيج الأصلي. ^{[ 2 ]} يستطيع العلماء استخدام هيكل المصفوفة خارج الخلوية المُستَحصَل عليه لإعادة إنتاج عضو وظيفي عن طريق إدخال الخلايا السلفية ، أو الخلايا الجذعية البالغة (ASCs)، والسماح لها بالتمايز داخل الهيكل لتتطور إلى النسيج المطلوب. ويمكن زرع العضو أو النسيج المُنتَج في مريض. وعلى عكس الأجسام المضادة على سطح الخلية، فإن المكونات الكيميائية الحيوية للمصفوفة خارج الخلوية محفوظة بين المضيفين، مما يقلل من خطر حدوث استجابة مناعية معادية. ^{[ 3 ] [ 4 ]} يُعد الحفاظ السليم على ألياف المصفوفة خارج الخلوية وعوامل النمو والبروتينات الأخرى أمرًا بالغ الأهمية لتمايز الخلايا السلفية إلى خلايا بالغة سليمة. ويختلف نجاح إزالة الخلايا بناءً على مكونات وكثافة النسيج المُستَخدَم وأصله. ^{[ 5 ]} تُستخدم طريقة إزالة الخلايا لإنتاج دعامة حيوية لتجديد الأنسجة في أنسجة القلب والجلد والرئة والكلى وأنواع أخرى من الأنسجة. ولا يزال إعادة بناء الأعضاء بالكامل في المراحل الأولى من ^{التطوير} . [ ^{6 ]}

يستطيع الباحثون أخذ الأنسجة من متبرع أو جثة ، وتحليل الخلايا الموجودة فيها وقتلها دون إتلاف المكونات خارج الخلوية، والحصول في النهاية على منتج عبارة عن هيكل خارج خلوي طبيعي له نفس الوظائف الفيزيائية والكيميائية الحيوية للأنسجة الطبيعية. ^{[ 2 ]} بعد الحصول على هذا الهيكل، يمكن للعلماء إعادة زرع الخلايا في النسيج باستخدام خلايا جذعية أو خلايا سلفية قوية ستتمايز إلى نوع النسيج الأصلي. بإزالة الخلايا من نسيج المتبرع، تُزال الأجسام المضادة المُحفزة للمناعة. يمكن أخذ الخلايا السلفية من المتلقي، وبالتالي لن يكون لها رد فعل مناعي سلبي تجاه النسيج. لا تزال عملية إزالة الخلايا من الأنسجة والأعضاء قيد التطوير، ولكن تُعتبر عملية أخذ نسيج من متبرع وإزالة جميع مكوناته الخلوية هي عملية إزالة الخلايا. أما الخطوات اللازمة للانتقال من هيكل خارج خلوي مُزال الخلايا إلى عضو وظيفي فتندرج تحت مظلة إعادة زرع الخلايا. نظراً لتعدد استخدامات الأنسجة في جسم الإنسان، يجب تصميم تقنيات إزالة الخلايا بما يتناسب مع نوع النسيج المراد معالجته. تشمل طرق إزالة الخلايا التي خضعت للدراسة المعالجات الفيزيائية والكيميائية والإنزيمية. ورغم شيوع استخدام بعض الطرق، إلا أن التركيبة الدقيقة للمعالجات تختلف باختلاف مصدر النسيج والغرض من استخدامه. ^{[ 5 ]}

فيما يتعلق بإدخال المواد الكيميائية والإنزيمات السائلة المختلفة إلى عضو أو نسيج، فقد استُخدمت تقنيات إزالة الخلايا بالتروية والغمر. تُعدّ إزالة الخلايا بالتروية مناسبةً عندما يكون لدى العضو أو النسيج نظام وعائي واسع. ومن الضروري إزالة الخلايا من هيكل المصفوفة خارج الخلوية على جميع المستويات وبشكل متساوٍ في جميع أنحاء البنية. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وبسبب هذا الشرط، يمكن تروية الأنسجة الوعائية بالمواد الكيميائية والإنزيمات عبر الشرايين والأوردة والشعيرات الدموية الموجودة. في ظل هذه الآلية والظروف الفسيولوجية المناسبة، يمكن أن تنتشر العلاجات بالتساوي إلى جميع الخلايا داخل العضو. ويمكن إزالة العلاجات عبر الأوردة في نهاية العملية. غالبًا ما تستخدم إزالة الخلايا القلبية والرئوية هذه العملية لإدخال العلاجات نظرًا لشبكاتها الوعائية الكثيفة. أما إزالة الخلايا بالغمر فتتم من خلال غمر النسيج في علاجات كيميائية وإنزيمية. هذه العملية أسهل من التروية ، ولكنها تقتصر على الأنسجة الرقيقة ذات النظام الوعائي المحدود.

تُستخدم أكثر الطرق الفيزيائية شيوعًا لتحليل الخلايا وقتلها وإزالتها من نسيج المصفوفة الخلوية، وذلك باستخدام الحرارة والقوة والضغط والقطع الكهربائي. غالبًا ما تُستخدم طرق الحرارة في آلية التجميد والذوبان السريع. عند تجميد النسيج بسرعة، تتشكل بلورات جليدية مجهرية حول الغشاء البلازمي، مما يؤدي إلى تحليل الخلية. ^{[ 9 ]} بعد تحليل الخلايا، يمكن تعريض النسيج لمواد كيميائية سائلة تعمل على تحليل المكونات غير المرغوب فيها وإزالتها. تحافظ طرق الحرارة على البنية الفيزيائية لهيكل المصفوفة خارج الخلوية، ولكنها تُناسب بشكل أفضل الأنسجة السميكة والقوية. ^{[ 10 ]}

يضمن الضغط المباشر على الأنسجة تدمير بنية المصفوفة خارج الخلوية، لذا يُستخدم الضغط بشكل شائع. تتضمن إزالة الخلايا بالضغط استخدامًا مُتحكمًا به للضغط الهيدروستاتيكي المُطبق على النسيج أو العضو. ويُفضل إجراء ذلك في درجات حرارة عالية لتجنب تكوّن بلورات جليدية غير مُراقبة قد تُلحق الضرر بالدعامة. يُعدّ التدمير الكهربائي للغشاء البلازمي خيارًا آخر لتحليل الخلايا الموجودة في النسيج أو العضو. عند تعريض النسيج لنبضات كهربائية، تتشكل مسامات دقيقة في الغشاء البلازمي. تموت الخلايا في النهاية بعد اختلال توازنها الكهربائي الداخلي نتيجةً للمُحفز المُطبق. تُعرف هذه العملية الكهربائية باسم التثقيب الكهربائي غير الحراري غير العكوس (NTIRE)، وهي تقتصر على الأنسجة الصغيرة والإمكانيات المحدودة لتحفيز تيار كهربائي في الجسم الحي . ^{[ 2 ]}

يُختار المزيج الأمثل من المواد الكيميائية لإزالة الخلايا بناءً على سُمك النسيج أو العضو، وتركيب المادة الخلوية خارج الخلية، والغرض من استخدامه. فعلى سبيل المثال، لا تُستخدم الإنزيمات على الأنسجة الغنية بالكولاجين لأنها تُتلف ألياف النسيج الضام. ولكن عندما لا يكون الكولاجين موجودًا بتركيز عالٍ أو لا يكون مطلوبًا في النسيج، تُصبح الإنزيمات خيارًا مناسبًا لإزالة الخلايا. وتشمل المواد الكيميائية المستخدمة لقتل الخلايا وإزالتها: الأحماض، والمعالجات القلوية، والمنظفات الأيونية ، والمنظفات غير الأيونية، والمنظفات ثنائية القطب .

يُستخدم المنظف الأيوني، دوديسيل كبريتات الصوديوم (SDS)، على نطاق واسع نظرًا لفعاليته العالية في تحليل الخلايا دون إلحاق ضرر كبير بالمادة الخلوية خارج الخلية (ECM). ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} تعمل المنظفات بفعالية على تحليل غشاء الخلية وتعريض محتوياته لمزيد من التحلل. بعد أن يُحلل SDS غشاء الخلية، تقوم الإنزيمات الداخلية والخارجية بتحليل المحتوى الجيني، بينما تذوب المكونات الأخرى للخلية وتُغسل من المادة الخلوية. يُستخدم SDS على نطاق واسع على الرغم من ميله إلى إحداث اضطراب طفيف في بنية المادة الخلوية خارج الخلية. يمكن أن تكون المعالجات القلوية والحمضية فعالة بالتزامن مع معالجة SDS نظرًا لقدرتها على تحليل الأحماض النووية وإذابة المكونات السيتوبلازمية . ^{[ 5 ]}

يُعدّ تريتون X-100 أشهر المنظفات غير الأيونية ، ويحظى بشعبية واسعة لقدرته على تعطيل التفاعلات بين جزيئات الدهون والبروتينات . لا يُعطّل تريتون X-100 التفاعلات بين البروتينات، مما يُحافظ على سلامة المصفوفة خارج الخلوية. أما EDTA فهو عامل مُخلِّب يرتبط بالكالسيوم ، وهو عنصر أساسي لتفاعل البروتينات. وبمنع الكالسيوم، يُعيق EDTA ارتباط البروتينات المُتكاملة بين الخلايا. يُستخدم EDTA غالبًا مع التربسين، وهو إنزيم يعمل كبروتياز لكسر الروابط الموجودة بين البروتينات المُتكاملة للخلايا المُتجاورة في النسيج. يُشكّل مزيج EDTA-التربسين معًا مزيجًا فعّالًا لإزالة الخلايا من الأنسجة.

تُستخدم الإنزيمات في عمليات إزالة الخلايا لكسر الروابط والتفاعلات بين الأحماض النووية، والخلايا المتفاعلة عبر البروتينات المجاورة، والمكونات الخلوية الأخرى. وقد استُخدمت الليبازات ، والثرموليسين ، والجالاكتوزيداز ، والنيوكليازات ، والتربسين في إزالة الخلايا. بعد تحلل الخلية باستخدام منظف، أو حمض، أو ضغط فيزيائي، وما إلى ذلك، تبدأ النيوكليازات الداخلية والخارجية في تحلل المادة الوراثية. تقوم النيوكليازات الداخلية بقطع الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA في منتصف التسلسلات. يُنتج البنزواز، وهو نيوكلياز داخلي، شظايا نووية صغيرة متعددة يمكن تحللها وإزالتها من هيكل المصفوفة خارج الخلوية. ^{[ 14 ]} تعمل النيوكليازات الخارجية في نهاية تسلسلات الحمض النووي DNA لكسر روابط الفوسفودايستر ومواصلة تحلل تسلسلات الأحماض النووية.

تعمل إنزيمات مثل التربسين كبروتيازات تفصل الروابط بين البروتينات. ورغم أن التربسين قد يُلحق أضرارًا بألياف الكولاجين والإيلاستين في المصفوفة خارج الخلوية، إلا أن استخدامه في الوقت المناسب يُسيطر على أي ضرر محتمل قد يُسببه لهذه الألياف. يُستخدم إنزيم الديسباز لمنع التكتل غير المرغوب فيه للخلايا، مما يُساعد على فصلها عن هيكل المصفوفة خارج الخلوية. وقد أظهرت التجارب أن الديسباز أكثر فعالية على سطح الأنسجة الرقيقة، مثل الرئة في عملية تجديد أنسجة الرئة. ولإزالة الخلايا العميقة من الأنسجة بنجاح باستخدام الديسباز، غالبًا ما تُضاف عملية التحريك الميكانيكي.

يُستخدم الكولاجيناز فقط عندما لا يتطلب منتج السقالة خارج الخلوية بنية كولاجين سليمة. أما الليبازات، فتُستخدم عادةً عند الحاجة إلى ترقيع جلدي منزوع الخلايا. تعمل أحماض الليباز على إزالة الخلايا من أنسجة الأدمة عن طريق إزالة الدهون وفصل الروابط بين الخلايا الغنية بالدهون. يُعد إنزيم ألفا-جالاكتوزيداز علاجًا فعالًا عند إزالة مستضد جالاكتوزيداز من أسطح الخلايا. ^{[ 5 ]}

توفر دعامة المصفوفة خارج الخلوية الطبيعية البيئة الفيزيائية والكيميائية الحيوية اللازمة لتسهيل نمو وتخصص الخلايا السلفية والخلايا الجذعية الفعالة. وقد تم عزل المصفوفات الخالية من الخلايا في المختبر وفي الجسم الحي في عدد من الأنسجة والأعضاء المختلفة. ^{[ 6 ]} ويمكن استخدام المصفوفة خارج الخلوية منزوعة الخلايا لتحضير الحبر الحيوي للطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد. ^{[ 15 ]} وقد تحققت أفضل النتائج من الأنسجة منزوعة الخلايا في الأنسجة المتناظرة الأقل تخصصًا، مثل ترقيع العظام والجلد؛ ومع ذلك، لا يزال البحث والنجاح مستمرين على مستوى الأعضاء.

حققت المصفوفات الجلدية الخالية من الخلايا نجاحًا في العديد من التطبيقات المختلفة. على سبيل المثال، تُستخدم ترقيعات الجلد في الجراحة التجميلية وعلاج الحروق. يوفر رقعة الجلد منزوعة الخلايا دعمًا ميكانيكيًا للمنطقة المتضررة، مع دعم نمو النسيج الضام المشتق من الجسم المضيف. وقد حقق النسيج القلبي نجاحًا سريريًا في تطوير صمامات قلبية بشرية من مصفوفات خارج الخلية الطبيعية. ^{[ 16 ]} تستخدم تقنية تُعرف باسم إجراء روس صمامًا قلبيًا خاليًا من الخلايا لاستبدال صمام تالف، مما يسمح للخلايا الأصلية بإعادة تكوين صمام جديد يعمل بكفاءة. وكانت الطعوم الخيفية منزوعة الخلايا بالغة الأهمية في ترقيع العظام، حيث تُستخدم في إعادة بناء العظام واستبدال العظام المشوهة لدى المرضى.

تكمن محدودية هندسة أنسجة عضلة القلب في القدرة على تروية القلب وزرعه مباشرةً في جسم المريض. ورغم أن دعامة المصفوفة خارج الخلوية تحافظ على البروتينات وعوامل النمو الموجودة في النسيج الطبيعي، إلا أن التخصص على المستوى الجزيئي لم يُستغل بعد من قِبل الباحثين الذين يستخدمون دعامات القلب منزوعة الخلايا. وقد لوحظ نجاح أكبر في استخدام عضو كامل من خلال تقنيات إزالة الخلايا في أبحاث الرئة. إذ تمكن العلماء من تجديد رئتين كاملتين في المختبر من رئتي فئران باستخدام تقنية التروية وإزالة الخلايا. ومن خلال زرع خلايا رئة جنينية من الفئران في المصفوفة ، تم إنتاج رئة عاملة. وقد زُرعت الرئة المنتجة في المختبر بنجاح في فأر، مما يؤكد إمكانية ترجمة عضو مُنتج في المختبر إلى مريض.

وقد تحققت نجاحات أخرى في مجال إزالة الخلايا في الغشاء المخاطي للأمعاء الدقيقة، وهندسة الكلى والكبد ^{[ 17 ]} والبنكرياس ^{[ 18 ]} . ونظرًا لكونها مادة رقيقة، يمكن إزالة الخلايا من مصفوفة الغشاء المخاطي للأمعاء الدقيقة عن طريق غمر النسيج في معالجات كيميائية وإنزيمية. لا تزال هندسة أنسجة الكلى قيد التطوير، ولكن مصفوفات الكلى المأخوذة من الجثث استطاعت دعم نمو خلايا كلى جنينية فعّالة. وتُعد هندسة البنكرياس دليلًا على الخصوصية الجزيئية للأعضاء. لم يتمكن العلماء بعد من إنتاج بنكرياس كامل الوظائف ، لكنهم نجحوا في إنتاج عضو يعمل في أجزاء محددة. فعلى سبيل المثال، تبين أن داء السكري لدى الفئران انخفض عند زرع مصفوفة بنكرياسية في مواقع محددة ^{[ 6 ]} . ولا تزال التطبيقات المستقبلية لمصفوفة الأنسجة منزوعة الخلايا قيد الاكتشاف، وتُعتبر من أكثر المجالات الواعدة في أبحاث التجديد.

• زراعة الأعضاء
• التجدد في البشر
• الطب التجديدي
• هندسة الأنسجة
• رفض الزرع