علماء يصنعون هلاماً شفافاً من الحرير يتيح مشاهدة الخلايا الحية وهي تنمو

لا تعيش الخلايا في الجسم فوق سطح بلاستيكي مسطح، بل داخل بيئة ثلاثية الأبعاد تحيط بها البروتينات والسوائل والخلايا الأخرى. وقد حسن باحثون هلاماً شفافاً مصنوعاً من بروتين حرير العنكبوت المعدل، ليصبح وسطاً يمكن زراعة الخلايا داخله ومشاهدتها في ظروف أقرب إلى الأنسجة.

الرقم الأهم
خفض تسخين البروتين لمدة عشر دقائق عند 45 درجة مئوية زمن تكوين الهلام بنحو 50% في الوسط المحسن.

لماذا يحتاج العلماء إلى نسيج صناعي شفاف؟

تفيد مزارع الخلايا المسطحة في المختبر، لكنها تبسط الواقع البيولوجي. أما الهلاميات المائية (Hydrogels) فتكوّن شبكة غنية بالماء تشبه جزئياً البيئة المحيطة بالخلايا داخل الجسم، ولذلك تستخدم في العضيات واختبارات السمية ودراسة السلوك الخلوي ثلاثي الأبعاد.

المشكلة هي الرؤية. فقد يصبح هلام الحرير عكراً أثناء التماسك أو بعد إضافة وسط زراعة الخلايا. يشتت العكر الضوء ويضعف المجهر ويصعب متابعة الخلايا لفترات طويلة.

حرير من دون تربية العناكب

لا يجمع العلماء المادة من خيوط العناكب. بل ينتجون نسخاً مختصرة من بروتينات الحرير تسمى بروتينات الحرير المصغرة (Mini-spidroins) باستخدام التقنية الحيوية. ويمكن لهذه البروتينات أن تتجمع في شبكة ليفية عند درجة حرارة الجسم من دون بعض مواد الربط الكيميائي المستخدمة في الهلام الصناعي.

أظهرت أبحاث سابقة أن حرير العنكبوت مناسب لعدد من تطبيقات هندسة الأنسجة بفضل مرونته وتوافقه مع الخلايا. كما وجدت تجارب أن ألياف الحرير المنتجة مخبرياً قد تدعم تجمعات خلوية ثلاثية الأبعاد. وتركز الدراسة الجديدة على جعل المنصة أسرع وأكثر وضوحاً وسهولة في الاستخدام.

ما الذي غيره الفريق؟

استبدل الباحثون في الدراسة المنشورة في Communications Materials محلول Tris-HCl الشائع بوسط مبسط يحتوي على البيكربونات والغلوكوز. ثم اختبروا تأثير الحرارة والحركة والأملاح في بنية البروتين وصلابة الهلام وشفافيته وتوافقه مع الخلايا.

أدى التسخين المسبق عند 45 درجة مئوية لمدة عشر دقائق إلى تقليص زمن التماسك إلى النصف تقريباً. وسرعت الحركة الميكانيكية العملية أيضاً، لكن الفريق فضل المعالجة الحرارية الأبسط. وكان ضبط الأملاح دقيقاً لأن الأيونات المفيدة للخلايا قد تسبب انفصال البروتين وتحول الهلام إلى مادة عكرة.

احتفظ الهلام بصلابة تقع ضمن النطاق الواسع للخلايا والأنسجة الرخوة، وأتاح تصوير الخلايا المزروعة. لا يحاكي النظام عضواً كاملاً، بل يوفر هيكلاً محدد التركيب يمكن تكراره وفحصه.

أين يمكن أن يفيد؟

قد يسمح الهيكل الشفاف بمتابعة حركة الخلايا ونموها واستجابتها لدواء مرشح من دون تدمير العينة في كل مرة. كما قد يصبح أساساً لحبر حيوي في الطباعة ثلاثية الأبعاد أو لنماذج أمراض تعيش مدة أطول.

لكن الشفافية ليست العامل الوحيد. فإشارات الالتصاق وحجم المسام وحركة الغذاء والصلابة تغير سلوك الخلايا. وقد بينت دراسات الهلاميات المخلوطة من أنواع الحرير أن تعديل التركيب يؤثر بوضوح في التصاق الخلايا وتكاثرها.

ماذا يحدث بعد ذلك؟

ينبغي اختبار المنصة مع عضيات وأنواع متعددة من الخلايا البشرية الأولية، ومتابعة المزارع زمناً أطول، والتحقق من جودة التصوير عندما تصبح الخلايا أكثر كثافة. كما يجب إثبات ثبات الإنتاج بين الدفعات.

الإنجاز لا يعني صنع عضو من الحرير، لكنه يقدم شيئاً مفيداً مباشرة للباحثين: نافذة أوضح وأسرع التكوين لمراقبة الخلايا الحية داخل مادة ثلاثية الأبعاد.