زراعة الأنسجة

زراعة الأنسجة هي عملية نمو الأنسجة أو الخلايا في وسط اصطناعي منفصل عن الكائن الحي الأصلي. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم الإكثار الدقيق . ويتم ذلك عادةً باستخدام وسط نمو سائل أو شبه صلب أو صلب ، مثل المرق أو الأجار . تشير زراعة الأنسجة عمومًا إلى زراعة الخلايا والأنسجة الحيوانية، بينما يُستخدم مصطلح زراعة الأنسجة النباتية ، وهو أكثر تحديدًا ، للإشارة إلى النباتات. وقد صاغ مصطلح "زراعة الأنسجة" عالم الأمراض الأمريكي مونتروز توماس بوروز . ^{[ 1 ]}

في عام 1885، قام ويلهلم روكس باستئصال جزء من الصفيحة النخاعية لجنين دجاجة وحفظه في محلول ملحي دافئ لعدة أيام، واضعًا بذلك المبدأ الأساسي لزراعة الأنسجة. وفي عام 1907، أثبت عالم الحيوان روس جرانفيل هاريسون نمو خلايا جنينية من الضفادع قادرة على إنتاج خلايا عصبية في وسط من اللمف المتخثر . وفي عام 1913، نجح كل من إي. شتاينهارت، وسي. إسرائيلي، وآر. إيه. لامبرت في زراعة فيروس الوقس في أجزاء من نسيج قرنية خنزير غينيا . ^{[ 2 ]} وفي عام 1996، استُخدمت الأنسجة المتجددة لأول مرة لاستبدال جزء صغير من الإحليل، مما أدى إلى فهم أن تقنية الحصول على عينات من الأنسجة، وزراعتها خارج الجسم دون دعامة، ثم إعادة تطبيقها، لا يمكن استخدامها إلا لمسافات قصيرة تقل عن 1 سم. ^{[ 3 ]} 

أشار غوتليب هابرلاندت لأول مرة إلى إمكانيات زراعة الأنسجة المعزولة، أي زراعة الأنسجة النباتية . ^{[ 4 ]} واقترح أن هذه الطريقة تُمكن من تحديد إمكانيات الخلايا الفردية، بالإضافة إلى التأثيرات المتبادلة بين الأنسجة. ومنذ ذلك الحين، طُورت طرق لزراعة الأنسجة والخلايا، مما أدى إلى اكتشافات مهمة في علم الأحياء والطب. وقد عُرفت فكرته الأصلية، التي طُرحت عام 1902، باسم "القدرة الكلية على التمايز": "نظريًا، جميع الخلايا النباتية قادرة على إنتاج نبات كامل." ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

في الاستخدام الحديث، يشير مصطلح "زراعة الأنسجة" عمومًا إلى نمو خلايا من كائن حي متعدد الخلايا في المختبر . قد تكون هذه الخلايا معزولة من كائن حي مانح ( خلايا أولية ) أو من سلالة خلوية مُخلَّدة . تُغمر الخلايا في وسط زراعي يحتوي على العناصر الغذائية الأساسية ومصادر الطاقة اللازمة لبقائها. ^{[ 8 ]} لذا، يُستخدم مصطلح "زراعة الأنسجة" بمعناه الأوسع غالبًا كمرادف لمصطلح " زراعة الخلايا ". من جهة أخرى، يشير المعنى الدقيق لمصطلح "زراعة الأنسجة" إلى زراعة أجزاء من الأنسجة، أي زراعة الأجزاء المستأصلة .

تُعدّ زراعة الأنسجة أداةً بالغة الأهمية لدراسة بيولوجيا خلايا الكائنات متعددة الخلايا. فهي توفر نموذجًا مخبريًا للأنسجة في بيئة محددة بدقة، يسهل التعامل معها وتحليلها. في زراعة الأنسجة الحيوانية، يمكن زراعة الخلايا كطبقات أحادية ثنائية الأبعاد (الزراعة التقليدية) أو داخل هياكل ليفية أو هلامية للحصول على تراكيب ثلاثية الأبعاد أقرب إلى الأنسجة الطبيعية (الزراعة ثلاثية الأبعاد). وقد بيّن إريك سيمون، في تقرير منحة SBIR من معاهد الصحة الوطنية الأمريكية عام 1988، إمكانية استخدام الغزل الكهربائي لإنتاج هياكل ليفية بوليمرية نانوية ودون ميكرونية، مصممة خصيصًا للاستخدام كركائز للخلايا والأنسجة في المختبر . وقد أظهر هذا الاستخدام المبكر للشبكات الليفية المغزولة كهربائيًا في زراعة الخلايا وهندسة الأنسجة، قدرة أنواع مختلفة من الخلايا على الالتصاق بألياف البولي كربونات والتكاثر عليها. لوحظ أنه على عكس الشكل المسطح الذي يُرى عادةً في الزراعة ثنائية الأبعاد، فإن الخلايا التي نمت على الألياف المغزولة كهربائياً أظهرت شكلاً ثلاثي الأبعاد أكثر استدارة يُلاحظ عادةً في الأنسجة الحية . ^{[ 9 ]}

تُعنى زراعة الأنسجة النباتية، على وجه الخصوص، بإنتاج نباتات كاملة من أجزاء صغيرة من الأنسجة النباتية، تُزرع في وسط غذائي. ^{[ 10 ]} وتُستخدم تقنية زراعة الأنسجة النباتية، أي زراعة الخلايا أو الأنسجة النباتية في وسط اصطناعي مُدعّم بالعناصر الغذائية اللازمة، في العديد من التطبيقات في الإكثار الخضري الفعال (المطابقة للنوع الأصلي أو المشابهة له)، وهو ما قد يصعب تحقيقه باستخدام طرق التربية التقليدية. كما تُستخدم زراعة الأنسجة في إنتاج نباتات مُعدّلة وراثيًا ، إذ تُمكّن العلماء من إدخال تغييرات في الحمض النووي (DNA) إلى الأنسجة النباتية باستخدام بكتيريا Agrobacterium tumefaciens أو مسدس الجينات ، ثم إنتاج نبات كامل من هذه الخلايا المُعدّلة. ^{[ 11 ]}

تُستخدم زراعة الأنسجة على نطاق واسع في إكثار النباتات . ^{[ 12 ] [ 13 ]} وتكمن ميزة هذا النوع من الإكثار الخضري في الحصول على كمية كبيرة من المواد المتجانسة، وهو أمر بالغ الأهمية في إكثار أصناف قيّمة من نباتات الزينة، ^{[ 13 ]} وأصول تطعيم أشجار الفاكهة . إضافةً إلى ذلك، يمكن الحصول على نباتات فاكهة أو أزهار خالية من الفيروسات ، والفيتوبلازما ، والفيروسات الشبيهة بالفيروسات . ^{[ 14 ]}

لأن الخلايا النباتية قادرة على التمايز إلى جميع أنواع الخلايا، فإن إضافة هرمونات النمو إلى الوسط الغذائي يمكن أن يحفز خلايا الكالس على تكوين الجذور والبراعم والنباتات الكاملة. ^{[ 15 ]}

توجد ثلاث طرق شائعة لإنشاء مزارع الخلايا من الحيوانات. الأولى هي زراعة الأعضاء، حيث تُستخدم أعضاء كاملة من الأجنة أو أجزاء من أعضاء بالغة لبدء زراعة الأعضاء في المختبر . تحتفظ هذه الخلايا بخصائصها المتمايزة ونشاطها الوظيفي في مزرعة الأعضاء. أما الطريقة الثانية فهي زراعة الأجزاء المستأصلة الأولية، حيث تُثبّت أجزاء مشتقة من أنسجة حيوانية على سطح باستخدام أحد مكونات المصفوفة خارج الخلوية (ECM)، مثل الكولاجين أو جلطة البلازما. تُعرف هذه المزرعة بالزراعة المستأصلة الأولية، وتُعرف الخلايا المهاجرة بالنمو الخارجي. وقد استُخدمت هذه الطريقة لتحليل خصائص نمو الخلايا السرطانية مقارنةً بنظيراتها الطبيعية. ^{[ 16 ]} أما الطريقة الثالثة فهي زراعة الخلايا، ولها ثلاثة أنواع: (1) زراعة الخلايا السلفية، أي الخلايا غير المتمايزة التي ستتمايز، (2) زراعة الخلايا المتمايزة، أي الخلايا المتمايزة تمامًا التي فقدت القدرة على التمايز أكثر، و(3) زراعة الخلايا الجذعية، أي الخلايا غير المتمايزة التي يمكنها التطور إلى أي نوع من الخلايا. ^{[ 16 ]}

تُستخدم زراعة الخلايا الحيوانية في العديد من الأغراض البحثية والتجارية أيضاً كـ:

• إنتاج اللقاحات
• إنتاج الأجسام المضادة وحيدة النسيلة
• إنتاج الإنزيمات والهرمونات
• زراعة الجلد والأنسجة والأعضاء الأخرى في المختبر عن طريق زراعة الخلايا الجذعية
• زراعة الفيروسات ^{[ 17 ]}

يمكن إنشاء سلالات الخلايا الخالدة عبر طرق متنوعة، تشمل عزلها من الأورام السرطانية الطبيعية، والتعبير الاصطناعي عن الجينات التي تُخلّ بتنظيم دورة الخلية، وتقنية الهيبريدوما . وغالباً ما تُودع سلالات الخلايا في مستودعات مركزية لسلالات الخلايا، مثل المجموعة الأمريكية لزراعة الأنماط (ATCC)، ويتم الحصول عليها منها .

الاستزراع الفرعي هو نقل الخلايا من مزرعة خلوية إلى أخرى لبدء مزرعة جديدة. خلال هذه العملية، تنقسم الخلايا المتكاثرة لتكوين سلالات خلوية جديدة. ^{[ 18 ]}

يركز أحدث ما توصل إليه علم زراعة الأنسجة حاليًا على الخلايا الجذعية . الخلايا الجذعية هي نوع بدائي من الخلايا، تتميز بقدرتها على التمايز إلى جميع أنواع الخلايا الـ 220 الموجودة في جسم الإنسان، مما يتيح استخدامها في استبدال الأنسجة والأعضاء. يمكن الحصول على الخلايا الجذعية من الدم أو أنسجة المخ أو أنسجة العضلات، ولكن الأهم هو الحصول عليها من الأجنة في مراحلها المبكرة، والتي تتمتع بالقدرة على التمايز إلى أي نوع آخر من الخلايا. ^{[ 17 ]}

• زراعة الخلايا
• اللحوم المستنبتة
• القياسات الفيزيائية الدقيقة
• زراعة الأعضاء
• زراعة الأنسجة النباتية