التحول الخلوي

في هذا النهج، تُنقل عوامل النسخ من الخلايا السلفية لنوع الخلية المستهدفة إلى خلية جسدية لتحفيز التحول الخلوي. ^{[ 2 ]} توجد طريقتان مختلفتان لتحديد عوامل النسخ المستخدمة: إما بالبدء بمجموعة كبيرة من العوامل ثم تضييق نطاقها تدريجيًا ^{[ 19 ]} ، أو بالبدء بعامل أو عاملين ثم إضافة المزيد. ^{[ 20 ]} إحدى النظريات التي تفسر التفاصيل الدقيقة هي أن عوامل النسخ الخارجية توجه الخلية إلى حالة سلفية سابقة، ثم تعيد توجيهها نحو نوع خلية جديد. قد يلعب إعادة ترتيب بنية الكروماتين عبر مثيلة الحمض النووي أو تعديل الهيستون دورًا أيضًا. ^{[ 21 ]} فيما يلي قائمة بأمثلة مخبرية وأمثلة حية . تستخدم الطرق الحية لنقل الجينات إلى خلايا فئران محددة نفس أنواع النواقل المستخدمة في التجارب المخبرية ، باستثناء أن الناقل يُحقن في عضو محدد. (Zhou et al.) (2008) تم حقن Ngn3 وPdx1 وMafa في الفص الطحالي الظهري (البنكرياس) للفئران لإعادة برمجة خلايا البنكرياس الخارجية إلى خلايا بيتا من أجل تحسين ارتفاع السكر في الدم. ^{[ 22 ]}

تُنقل الخلايا الجسدية أولاً بعوامل إعادة برمجة الخلايا متعددة القدرات بشكل مؤقت ( مثل Oct4 و Sox2 و Nanog وغيرها) قبل نقل العوامل المثبطة أو المنشطة المطلوبة إليها. ^{[ 23 ]} فيما يلي قائمة بأمثلة على ذلك في المختبر .

ومن المعروف أيضاً أن مثبط مثيلة الحمض النووي، 5-أزاسيتيدين، يعزز التحول النمطي للخلايا القلبية إلى خلايا عضلية هيكلية. ^{[ 24 ]}

في سرطان البروستاتا ، يُحفز العلاج بالأدوية المُستهدفة لمستقبلات الأندروجين تحولًا عصبيًا صماويًا لدى مجموعة فرعية من المرضى. ^{[ 25 ] [ 26 ]} لا يوجد بروتوكول علاجي مُعتمد لهؤلاء المرضى، وعادةً ما يُعالج المرضى الذين تم تشخيص إصابتهم بسرطان الغدد الصماء العصبية الناجم عن العلاج علاجًا تلطيفيًا. ^{[ 27 ]}

تعمل عوامل النسخ كمحفز قصير المدى لعملية لا رجعة فيها. لوحظ تحول خلايا الكبد بعد 8 أشهر من حقنة واحدة من pdx1. ^{[ 13 ]}

تعمل عوامل النسخ غير الطبيعية على تعطيل مجموعة الجينات المضيفة في كل خلية من الخلايا. ومع ذلك، لا يتم تنشيط مجموعة الجينات البديلة المرغوبة إلا في مجموعة فرعية من الخلايا المهيأة لذلك. ^{[ 28 ]} على الرغم من أن عملية إعادة التمايز واسعة النطاق، فإن نهج تتبع السلالة يُظهر بالفعل أن التحول الخلوي ينشأ في الخلايا البالغة. ^{[ 29 ]}

يُعدّ تحديد المجموعة الفريدة من العوامل الخلوية اللازمة لكل عملية تحويل خلوي عمليةً طويلةً ومكلفةً تتطلب الكثير من التجربة والخطأ. ونتيجةً لذلك، تُشكّل هذه الخطوة الأولى، المتمثلة في تحديد المجموعة الرئيسية من العوامل الخلوية اللازمة لتحويل الخلايا، العقبةَ الأكبر التي يواجهها الباحثون في مجال إعادة برمجة الخلايا. وقد طوّر فريقٌ دوليٌّ من الباحثين خوارزميةً تُدعى Mogrify (1)، قادرةً على التنبؤ بالمجموعة المثلى من العوامل الخلوية المطلوبة لتحويل نوعٍ من الخلايا البشرية إلى آخر. عند اختبارها، تمكّنت Mogrify من التنبؤ بدقةٍ بمجموعة العوامل الخلوية المطلوبة لعمليات تحويل الخلايا المنشورة سابقًا. وللتحقق من صحة قدرة Mogrify التنبؤية، أجرى الفريق عمليتي تحويل خلوي جديدتين في المختبر باستخدام خلايا بشرية، وقد تكللت كلتاهما بالنجاح بالاعتماد فقط على تنبؤات Mogrify. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} وقد أُتيحت Mogrify عبر الإنترنت للباحثين والعلماء الآخرين.

عند فحص الخلايا المتحولة، من المهم البحث عن مؤشرات نوع الخلية المستهدفة وغياب مؤشرات الخلية المانحة، ويمكن تحقيق ذلك باستخدام البروتين الفلوري الأخضر أو ​​الكشف المناعي. من المهم أيضًا فحص وظيفة الخلية، والجينوم فوق الجيني ، والترانسكريبتوم ، والبروتيوم . يمكن أيضًا تقييم الخلايا بناءً على قدرتها على الاندماج في النسيج المقابل في الجسم الحي ^{[ 19 ]} واستبدال نظيرها الطبيعي وظيفيًا. في إحدى الدراسات، أدى تحويل الخلايا الليفية من طرف الذيل إلى خلايا شبيهة بالخلايا الكبدية باستخدام عوامل النسخ Gata4 وHnf1α و Foxa3 ، وتعطيل p19(Arf)، إلى استعادة وظائف الكبد الشبيهة بالخلايا الكبدية في نصف الفئران فقط، وذلك باستخدام معدل البقاء على قيد الحياة كوسيلة للتقييم. ^{[ 33 ]}

عمومًا، لا يُترجم التحول الخلوي الذي يحدث في خلايا الفئران إلى فعالية أو سرعة مماثلة في الخلايا البشرية. فقد وجد بانغ وزملاؤه أنه بينما حوّلت عوامل النسخ Ascl1 و Brn2 و Myt1l خلايا الفئران إلى خلايا عصبية ناضجة، فإن المجموعة نفسها من العوامل حوّلت الخلايا البشرية إلى خلايا عصبية غير ناضجة فقط. ومع ذلك، فقد تمكّنت إضافة NeuroD1 من زيادة الكفاءة ومساعدة الخلايا على بلوغ النضج. ^{[ 34 ]}

يمكن أن يُحدد ترتيب التعبير عن عوامل النسخ مصير الخلية. فقد أظهر إيواساكي وآخرون (2006) أنه في السلالات المكونة للدم، يُمكن أن يُغير توقيت التعبير عن Gata-2 و (C/EBPalpha) ما إذا كانت الخلايا السلفية الملتزمة بالخلايا اللمفاوية قادرة على التمايز إلى سلالات الخلايا السلفية المحببة / الوحيدة ، أو الحمضية ، أو القاعدية، أو الخلايا السلفية ثنائية القدرة القاعدية / الخلايا البدينة. ^{[ 35 ]}

وُجد أنه عند حقن الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات في الفئران، رفض الجهاز المناعي للفأر المُتآزر الأورام المسخية المتكونة. قد يُعزى جزء من ذلك إلى تعرف الجهاز المناعي على المؤشرات فوق الجينية لتسلسلات محددة من الخلايا المحقونة. مع ذلك، عند حقن الخلايا الجذعية الجنينية، كانت الاستجابة المناعية أقل بكثير. ولا يزال من غير المعروف ما إذا كان هذا سيحدث داخل الخلايا المُتحولة أم لا. ^{[ 3 ]}

لإتمام عملية نقل الجينات ، يمكن استخدام نواقل فيروسية مُدمجة ، مثل الفيروسات البطيئة أو الفيروسات القهقرية ، أو نواقل غير مُدمجة، مثل فيروسات سينداي أو الفيروسات الغدية ، بالإضافة إلى الحمض النووي الريبوزي الميكروي (microRNA) ، ومجموعة متنوعة من الطرق الأخرى، بما في ذلك استخدام البروتينات والبلازميدات ؛ ^{[ 36 ]} ومن الأمثلة على ذلك التوصيل غير الفيروسي للبلازميدات المشفرة لعوامل النسخ باستخدام ناقل بوليمري لتحفيز التحول العصبي للخلايا الليفية. ^{[ 37 ]} عند دخول جزيئات غريبة إلى الخلايا، يجب مراعاة العيوب المحتملة وإمكانية التسبب في نمو ورمي. قد تُسبب النواقل الفيروسية المُدمجة طفرات عند إدخالها في الجينوم. إحدى طرق تجنب ذلك هي استئصال الناقل الفيروسي بعد حدوث إعادة البرمجة، ومن الأمثلة على ذلك إعادة التركيب باستخدام نظام Cre-Lox. ^{[ 38 ]} أما النواقل غير المُدمجة، فلها مشاكل أخرى تتعلق بكفاءة إعادة البرمجة، وكذلك إزالة الناقل. ^{[ 39 ]}