التمايز الخلوي

ما هو تمايز الخلايا؟

يعرف تمايز الخلايا بالعملية التي تصبح فيها الخلايا متخصصة، حيث تعني تعدد القدرات إمكانية أن تصبح أي نوع من الخلايا، وهي إمكانية لوحظت في الخلايا الجذعية أو السلفية في بداية عملية التمايز، إذ تُفقد هذه الإمكانات ببطء مع تمايز الخلية واكتساب وظائف متخصصة.

تعمل عملية التمايز على تغيير الخلية بشكل كبير وشكلها وحجمها ومتطلبات الطاقة، وهذه العملية ليست عملية خطية ولا رجعة فيها، إذ يختار التمايز مجموعة فرعية من المعلومات الجينية ليتم التعبير عنها في مراحل مختلفة من عملية التمايز لذلك، يمكن إعادة الخلايا المتمايزة إلى حالة أكثر بدائية أو شبيهة بالخلايا الجذعية عن طريق إعادة برمجتها للتعبير عن مجموعة معينة من الجينات.

تمايز الخلايا هو نتيجة لدمج محفزات مختلفة بطريقة زمانية مكانية، حيث أن تمايز الخلايا حساس لكل من التحفيز الميكانيكي والكيميائي من البيئة، ويمكن أن يسمح لنا الفهم المحسن لعملية التمايز بهندسة العملية لتحقيق النتيجة المرجوة، وهذا صحيح بشكل خاص عند تطوير المواد الحيوية كحاملات توصيل للخلايا الجذعية أو السلفية في الجسم الحي.

النماذج الرياضية لتمايز الخلايا:

تمايز الخلايا هو العملية التي تغير بها الخلايا المنقسمة نوعها الوظيفي أو النمط الظاهري، حيث يُفترض أن جميع الخلايا مشتقة من الخلايا الجذعية، وتحصل على وظائفها عندما تنضج، وغالبًا ما يتم تصميم التركيب الخلوي كمخطط هرمي مع وجود الخلايا الجذعية في أعلى التسلسل الهرمي، إذ تأخذ النماذج الرياضية لتمايز الخلايا في الاعتبار تكاثر وموت وتمايز مجموعة خلايا مميزة بشكل مناسب.

على سبيل المثال تتمايز الخلايا الموجودة في مجموعة الخلايا الجذعية إلى خلايا متعددة، ولكنها تحافظ على عددها عن طريق التجديد الذاتي، كما تستمد مجموعة الخلايا السلفية من الخلايا الجذعية وتتمايز إلى سلالة محدودة، في حين أن مجموعة الخلايا الناضجة مشتقة من الخلايا السلفية، كما أنها تؤدي بعض الوظائف وتموت بشكل طبيعي.

بالنظر إلى هذه المجموعات السكانية على أنها تمايز الخلايا تم اقتراح مجموعة من المعادلات التفاضلية العادية (ODEs) التي تصف ديناميكيات السكان لأربعة مجموعات من الخلايا (الخلايا الجذعية المكونة للدم، الأسلاف، الخلايا المتمايزة، والخلايا المتمايزة نهائيًا)، وهو ما يفسر البيانات السريرية لسرطان الدم.

في علاج السرطان الناجح يظهر عدد خلايا سرطان الدم انخفاضًا أسيًا ثنائي الطور من خلال ملائمة النموذج للبيانات السريرية، حيث تم كشف أن هذا السلوك يتوافق مع معدلات دوران الخلايا المتمايزة والسلفية، علاوة على ذلك أشارت الدراسات إلى أن علاج السرطان يثبط بشدة إنتاج خلايا ابيضاض الدم المتمايزة، لكنه لا يستنفد الخلايا الجذعية لسرطان الدم، حيث قدمت النمذجة الرياضية الخاصة بهم رؤى كمية قيّمة.

تتوفر أيضًا مجموعات بيانات وفيرة لأنظمة الخلايا المكونة للدم، والتي يتميز التسلسل الهرمي للخلية بشكل جيد، في أبحاث الخلايا الجذعية المكونة للدم يمكن قياس عدد انقسامات الخلايا الجذعية من خلال تقنيات وضع العلامات، حيث يميز عدد الخلايا الجذعية المكونة للدم المختلفة من خلال عدد الانقسامات الخلوية، والتي تم تحديدها من شدة البروتين الفلوري المدمج في الخلايا الجذعية.

من خلال ملائمة نموذج رياضي للبيانات قاموا بتقدير المعدل الذي تميل به الخلايا الجذعية المكونة للدم نحو سلالة النخاع أثناء التمايز وبالتالي، فإن النمذجة الرياضية لتمايز الخلايا تحدد المعلمات التي لا يمكن الحصول عليها من البيانات التجريبية التقليدية.

تمايز الخلايا النخامية:

يبدأ تمايز الخلايا مبكرًا أثناء تطور الغدة النخامية، كما يتم تقييمه من خلال التعبير عن جينات الهرمون المميزة لكل سلالة، حيث عملت جينات ترميز الهرمونات أيضًا كنقطة انطلاق لتحديد عوامل النسخ المستقلة للخلية التي تشارك في التعبير الخاص بها، ولكن أيضًا في الوظائف والتمايز المقيدين بالنسب.

إن معظم ما نعرفه عن تمايز الخلايا النخامية يتعلق بالمراحل النهائية للتمايز لكل سلالة، ويتضمن عوامل النسخ المقيدة بالخلايا المسؤولة عن التمايز النهائي، وعادة ما يتم التعبير عن عوامل النسخ التي تحدد التمايز النهائي قبل 12-24 ساعة من جين الهرمون نفسه، ولم تكن مفيدة حتى الآن في تحديد أو دراسة السلالات متعددة التكافؤ للنمو أو الغدة النخامية البالغة.

ومع ذلك فإن تحليل طفرات فقدان الوظيفة قد قدم نظرة ثاقبة للعلاقات بين السلالات المختلفة، حيث كشف التحقيق في فئران جاكسون وسنيل القزمة التي تحمل طفرات (Pit1) عن الحاجة إلى عامل النسخ (Pou-homeo) هذا لتمايز ثلاث سلالات جسدية، وبالتالي دعمت تحليلات طفرات (Pit1) في كل من الفئران والبشر نموذج السلائف المشتركة لهذه السلالات الثلاثة.

اقترحت البيانات حول هذه المسوخ نموذجًا ثنائيًا لتمايز خلايا الغدة النخامية، والرغم من توافقه مع البيانات الحالية، إلا أنه لم يتم التحقق من هذا النموذج بشكل مباشر على سبيل المثال، من خلال توصيف السلالات المشتركة المفترضة ومع ذلك فإنه يوفر إطارًا مفيدًا للتحقيق المستمر في آليات الالتزام المبكر بكل سلالة من الغدة النخامية.