כל יום, גופך מחליף מיליארדי תאים-ובכל זאת, הרקמות שלך נשארות מסודרות בצורה מושלמת. איך זה אפשרי?
צוות חוקרים במכון לסרטן הלן פ. גרהאם של כריסטיאקר ומכון המחקר ואוניברסיטת דלאוור מאמינים שהם מצאו תשובה. במחקר חדש שפורסם היום בכתב העת Scientific ביולוגיה של התאהם מראים שרק חמישה כללים בסיסיים עשויים להסביר כיצד הגוף שומר על המבנה המורכב של רקמות כמו אלה במעי הגס, למשל, אפילו כאשר התאים שלו מתים כל הזמן ומוחלפים.
מחקר זה הוא תוצר של יותר מ -15 שנות שיתוף פעולה בין מתמטיקאים לביולוגים סרטניים כדי לפתוח את הכללים השולטים במבנה הרקמות והתנהגות התאית.
"זה עשוי להיות הגרסה הביולוגית של תכנית תכנית", אמר ברוס בומן, MD, Ph.D., מדען מחקר בכיר במרכז Cawley של כריסטיאן לחקר סרטן תרגום וחבר סגל במחלקות למדעים ביולוגיים ומדעים מתמטיים באוניברסיטת דלאוור.
בדיוק כמו שיש לנו קוד גנטי שמסביר כיצד הגנים שלנו עובדים, יתכן שיש לנו גם 'קוד רקמות' שמסביר כיצד גופנו נשאר כל כך מאורגן לאורך זמן. "
ברוס בומן, מרכז קאולי לחקר סרטן התרגום, כריסטיאן -אקארר
מתמטיקה פוגשת רפואה
החוקרים השתמשו במודלים מתמטיים באופן חיוני, ויצרו הדמיה ממוחשבת של אופן התנהגותם של התאים כדי לראות אם מספר קטן של כללים יכול להסביר את המבנה המאורגן ביותר של רירית המעי הגס. זה מקום אידיאלי ללמוד: תאים במעי הגס מתחדשים כל כמה ימים, אך הצורה והמבנה הכללי נשארים יציבים להפליא.
לאחר שניהל הדמיות רבות ושכלל את המודלים שלהם, הצוות זיהה חמישה כללים ביולוגיים ליבה שנראים כמשלמים על המבנה והתנהגותם של תאים:
- תזמון חלוקת תאים.
- הסדר בו התאים מתחלקים.
- תאי הכיוון מתחלקים ומעבירים.
- כמה פעמים תאים מתחלקים.
- כמה זמן תא חי לפני שהוא מת.
"כללים אלה עובדים יחד כמו כוריאוגרפיה", אמר גילברטו שלייניגר, דוקטורט, פרופסור במחלקה למדעי המתמטיקה של אוניברסיטת דלאוור. "הם שולטים לאן הולכות התאים, כשהם מתחלקים וכמה זמן הם מסתובבים-וזה מה שמרכיב את הרקמות להסתכל ולעבוד כמו שהם צריכים."
פענוח רקמות אנושיות
החוקרים מאמינים כי כללים אלה עשויים לחול לא רק על המעי הגס, אלא על רקמות רבות ושונות בכל עור הגוף, הכבד, המוח ומעבר לה. אם נכון, "קוד רקמות" זה יכול לעזור למדענים להבין טוב יותר כיצד רקמות נרפאות לאחר פציעה, כיצד מתרחשים מומים מולדים וכיצד מחלות כמו סרטן מתפתחות כאשר קוד זה יופרע.
בומן הסביר זאת כך: "הרקמות שלך לא סתם צומחות ומתכווצות באופן אקראי. הם יודעים איך הם אמורים להיראות, והן יודעות לחזור למצב זה, גם לאחר נזק. רמת הדיוק הזו זקוקה למערכת הוראות. מה שמצאנו הוא מועמד חזק להוראות אלה."
לעבודה זו יש גם השלכות חשובות על אטלס התא האנושי, שיתוף פעולה מדעי גלובלי הפועל למיפוי כל סוג תאים בגוף האדם. בעוד שהאטלס שואף לקטלג מה כל תא ומה הוא עושה ברגע נתון, מחקר חדש זה מציע מסגרת דינאמית להבנה כיצד התאים הללו נשארים מסודרים לאורך זמן. על ידי זיהוי כללים פשוטים ואוניברסאליים השולטים בהתנהגות תאים ומבנה רקמות, הממצאים יכולים לעזור להנחות מאמצים עתידיים לא רק לתאר תאים, אלא לחזות כיצד הם מתנהגים בבריאות ובמחלות.
השלכות על מחלות וגילוי
אחת הסיבות לכך שהצוות פנה למודלים מתמטיים, ולא לניסויים ביולוגיים מסורתיים, היא שקשה מאוד לראות כיצד כל תא בודד ברקמה מתנהג בזמן אמת. אך עם מודלים ממוחשבים, החוקרים יכולים להריץ הדמיות החושפות דפוסים ודינמיקה מוסתרים מהתצוגה.
שיתוף פעולה מסוג זה בין ביולוגיה למתמטיקה משקף שינוי רחב יותר באופן בו מדענים ניגשים לבעיות מורכבות. זה גם מתיישר עם סדרי העדיפויות הלאומיים: יוזמת "כללי החיים" של קרן המדע הלאומית מאתגרת את החוקרים לחשוף את העקרונות הבסיסיים השולטים במערכות חי. מחקר זה הוא צעד חזק בכיוון זה.
הצעדים הבאים לצוות כוללים בדיקת תחזיות המודל בניסוי, זיקוקם בנתונים נוספים ובחינת הרלוונטיות שלו לביולוגיה של סרטן-במיוחד כיצד שיבושים בקוד הרקמה עשויים להוביל לצמיחת גידולים או גרורות.
"זו רק ההתחלה," אמר שליניגר. "ברגע שתוכל לזהות את הכללים, אתה יכול להתחיל לשאול שאלות חדשות לחלוטין, ואולי אפילו ללמוד כיצד לתקן את מה שהשתבש."
