חוקרים ממכללת ביילור לרפואה והמכון למחקר נוירולוגי של יאן ודן דאנקן בבית החולים לילדים בטקסס חשפו סוג תאים חדש במוח האנושי.
המחקר שפורסם ב תא סרטן מגלה ששליש מהתאים בגליומה, סוג של גידול במוח, יורים דחפים חשמליים. מעניין לציין שהדחפים, הנקראים גם פוטנציאל פעולה, מקורם בתאי גידול שהם חלקם נוירון וחלקם גליה, התומכים ברעיון פורץ הדרך לפיו נוירונים אינם התאים היחידים שיכולים ליצור אותות חשמליים במוח. המדענים גילו גם שתאים בעלי מאפיינים היברידיים של נוירון-גליה נמצאים במוח האנושי שאינו גידולי. הממצאים מדגישים את החשיבות של המשך לימוד תפקידם של תאים אלה שזוהו לאחרונה הן בגליומה והן בתפקוד מוח תקין.
"גליומות הם הגידולים השכיחים ביותר של מערכת העצבים המרכזית עם הערכה של כ-12,000 מקרים מאובחנים מדי שנה. גידולים אלו הם קטלניים אוניברסליים ויש להם השפעות הרסניות על תפקודים נוירולוגיים וקוגניטיביים. מחקרים קודמים הראו שתוצאות ההישרדות של המטופלים קשורות לשגשוג הגידול. פולשניות, המושפעות מגורמים פנימיים וחיצוניים של הגידול, כולל תקשורת בין תאי גידול ונוירונים השוכנים במוח", אמרו ד"ר בנג'מין דנן פרופסור וד"ר ראסל ג'יי ומריאן ק. בלאטנר יו"ר המחלקה לנוירוכירורגיה. מנהל המרכז למדעי המוח בסרטן, חבר במרכז הסרטן המקיף Dan L Duncan ב-Baylor וחוקר ראשי במכון למחקר נוירולוגי של Jan and Dan Duncan.
חוקרים תיארו בעבר שגליומה ונוירונים בריאים שמסביב מתחברים זה לזה ושנוירונים מתקשרים עם גידולים בדרכים המניעות את צמיחת הגידול ופולשנותם.
"אנחנו יודעים כבר זמן מה שתאי גידול ונוירונים מקיימים אינטראקציה ישירה", אמרה הסופרת הראשונה ד"ר רייצ'ל נ. קארי, פוסט-דוקטורט ברפואת ילדים – נוירו-אונקולוגיה ב-Baylor, שהייתה אחראית להמשגה של הפרויקט. "אבל שאלה אחת שתמיד התעכבה במוחי הייתה, 'האם תאים סרטניים פעילים חשמלית?' כדי לענות נכון על השאלה הזו, דרשנו דגימות אנושיות ישירות מחדר הניתוח. זה הבטיח שהביולוגיה של התאים כפי שהם יתקיימו במוח נשמרה ככל האפשר.
כדי לחקור את יכולתם של תאי גליומה להגביר אותות חשמליים ולזהות את התאים שמייצרים את האותות, הצוות השתמש ברצף תיקון, שילוב של טכניקות המשלבות הקלטות אלקטרו-פיזיולוגיות של תאים שלמים למדידת אותות נקודתיים עם רצף RNA חד-תא ו ניתוח המבנה הסלולרי כדי לזהות את סוג התאים.
הניסויים האלקטרופיזיולוגיים נערכו על ידי עמית המחקר והמחבר הראשון, ד"ר Qianqian Ma, במעבדה של פרופסור חבר למדעי המוח, ד"ר Xiaolong Jiang. גישה חדשנית זו לא שימשה בעבר לחקר תאי גידול במוח האנושי. "הופתענו באמת לגלות שלתאים הגידוליים הללו יש שילוב ייחודי של תכונות מורפולוגיות ואלקטרופיזיולוגיות", אמר מא. "מעולם לא ראינו דבר כזה במוח היונקים לפני כן."
"ערכנו את כל הניתוחים האלה על תאים בודדים. ניתחנו את הפעילות האלקטרו-פיזיולוגית האינדיבידואלית שלהם. חילצנו את התוכן של כל תא ורצפנו את ה-RNA כדי לזהות את הגנים שהיו פעילים בתא, מה שאומר לנו באיזה סוג תא מדובר", אמרה דנן. . "כמו כן צבענו כל תא בצבעים שימחישו את התכונות המבניות שלו."
שילוב הכמות העצומה הזו של נתונים בודדים דרש מהחוקרים לפתח דרך חדשה לנתח אותם.
כדי להגדיר את תאי הספייק ולקבוע את זהותם, פיתחנו כלי חישובי – Single Cell Rule Association Mining (SCRAM) – כדי להוסיף הערות לכל תא בנפרד."
ד"ר אקדס סרין הרמנצ'י, סופר מתכתב, עוזר פרופסור לנוירוכירורגיה בביילור
"הממצא שכל כך הרבה תאי גליומה פעילים חשמלית היה הפתעה מכיוון שהוא נוגד תפיסה חזקה במדעי המוח שקובע שמכל סוגי התאים השונים במוח, נוירונים הם היחידים שיורים דחפים חשמליים," קארי אמר. "אחרים הציעו שכמה תאי גליה הידועים כתאים מקדימים של אוליגודנדרוציטים (OPCs) עשויים להפעיל דחפים חשמליים במוח המכרסם, אבל אישור זה בבני אדם הוכיח משימה קשה. הממצאים שלנו מראים שתאים אנושיים מלבד נוירונים יכולים לירות דחפים חשמליים. מכיוון שישנם כ-100 מיליון של OPCs אלה במוח הבוגר, יש לחקור עוד את התרומות החשמליות של תאים אלה."
"יתר על כן, ניתוחי הנתונים המקיפים גילו שלתאים ההיברידיים המתפצלים בגידולי גליומה היו תכונות של נוירונים ותאי OPC כאחד," אמר הרמנצי. "מעניין שמצאנו תאים שאינם גידולים שהם הכלאיים של נוירונים-גליה, מה שמרמז על כך שאוכלוסיית כלאיים זו לא רק משחקת תפקיד בצמיחת גליומה אלא גם תורמת לתפקוד בריא של המוח."
"הממצאים גם מצביעים על כך שלשיעור התאים ההיברידיים המתפצלים בגליומה עשוי להיות ערך פרוגנוסטי", אמר הסופר המתכתב ד"ר גאנש ראו, פרופסור מארק ג'יי שפירו ויו"ר נוירוכירורגיה ב- Baylor. "הנתונים מראים שככל שיש למטופל יותר מתאי גליומה היברידיים אלה, כך תוצאת ההישרדות טובה יותר. המידע הזה הוא בעל ערך רב לחולים ולרופאיהם".
"עבודה זו היא תוצאה של שיתוף פעולה שווה ונרחב בין דיסציפלינות מרובות – נוירוכירורגיה, ביואינפורמטיקה, מדעי המוח ומודלים של סרטן – דיסציפלינות הנתמכות מאוד על ידי קבוצות מתקדמות ב-Baylor", אמר דנן. "התוצאות מציעות הבנה משופרת של גידולי גליומה ותפקוד מוח תקין, צינור ביואינפורמטיקה מתוחכם לניתוח אוכלוסיות תאים מורכבות והשלכות פרוגנוסטיות פוטנציאליות לחולים עם מחלה הרסנית זו."
תורמים נוספים לעבודה זו כוללים את מלקולם פ. מקדונלד, Yeunjung Ko, Snigdha Srivastava, Pey-Shyuan Chin, Peihao He, Brittney Lozzi, Prazwal Athukuri, Junzhan Jing, Su Wang, Arif O. Harmanci ובנג'מין Arenkiel. המחברים קשורים לאחד או יותר מהמוסדות הבאים: Baylor College of Medicine, המכון למחקר נוירולוגי של יאן ודן דאנקן בבית החולים לילדים בטקסס ובמרכז מדעי הבריאות של אוניברסיטת טקסס, יוסטון.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מה-NIH (R35-NS132230, R01NS124093, R01CA223388, U01CA281902, R01NS094615, 5T32HL92332-15, F31CA2751906, ו-F31CA2751906,). תמיכה נוספת ניתנה על ידי מענקי NIH Shared Instrument Grants (S10OD023469, S10OD025240, P30EY002520) ומענק CPRIT RP200504.
