تخيل لو استطعنا رؤية تفاصيل الخلايا الدقيقة… ليس بعدسة أقوى، بل بتكبير العينة نفسها!

هنا تأتي تقنيّة التمدد المجهريّ، وهي طريقة ذكيّة تقوم بـنفخ وتمديد العينات البيولوجيّة، لتكشف لنا أسرار الخلايا والبروتينات باستخدام ميكروسكوبات تتواجد في الكثير من المعامل البحثية. تعتمد هذه التقنيّة على وضع العينة في مادة قابلة للتمدد، وتثبيت الجزيئات الحيوية وخاصة البروتينات داخلها، ثم إضافة الماء؛ فتتمدد العينة بشكل متساوٍ، وكأنها بالون ينتفخ، لكن تحتفظ بشكلها الأصليّ والموقع النسبي لمكونات الخلية. وهكذا، تصبح التفاصيل النانويّة مرئيّة وواضحة وأسهل في الدراسة.^١ 

 المشكلة: تجمعات البروتين في ALS لغز داخل الخلية

التصلب الجانبي الضموري ALS هو مرض عصبيّ خطير يسبب ضعف العضلات، والشلل.^٢ في حالات كثيرة، وخاصة تلك المرتبطة بطفرات في جين SOD1؛ حيث تتجمّع بروتينات مشوهة داخل الخلايا العصبيّة الحركيّة. وتعيق هذه التجمعات عمل الخلايا وتسبب موتها.^٣ وفقًا لدراسة حديثة، تظهر الطفرات الوراثية في SOD1 لدى بعض المرضى المصريين في سن مبكر، مما يجعل تتبع هذه الطفرات أمرًا بالغ الأهمية. المشكلة أن هذه التجمعات صغيرة جدًا، ومتناثرة، وغالبًا ما تكون مختفية داخل عمق الخلية. ولا تُظهرها التقنيات التقليديّة جيدًا، أما الميكروسكوبات المتطورة فمكلفة، وغير متاحة للجميع.^٤

الرؤية: جعل المختفي واضحًا 

ماذا لو أخذنا خلية عصبيّة من نموذج مصاب بمرض ALS، ومددناها، واستطعنا أن نتجول داخلها وكأنها مدينة صغيرة؟ باستخدام تقنية التمدد المجهري في أبحاث ALS، يمكننا:

• تتبع مراحل تكون تجمعات SOD1 من بدايتها حتى تصبح كتل سامة. 
• رؤية تفاعل هذه التجمعات مع مكونات الخلية المهمة، مثل الميتوكوندريا، والحمض النووي الريبوزي RNA، وهيكل الخلية، لفهم كيفية تسببها في الضرر. 
• مقارنة أنماط التجمع بين طفرات SOD1 المختلفة، خصوصًا الطفرات الخاصة بالمرضى المصريين^٦،٥؛ لاكتشاف الفرص في علاجات مخصصة. 
• تجربة الأدوية على مستوى نانويّ، والتأكد فورًا من قدرتها على تمنع التجمعات، أو تغير شكلها.
•  هذا ليس خيالًا… بل أصبح ممكنًا.

الخاتمة: حين نوسع الرؤية… يصبح الحل مرئيًّا 

لفهم مرض معقد مثل التصلب الجانبي الضموري  ALS، نحتاج أن نرى ما لا يُرى.

تمنحنا تقنية التمدد المجهري هذه القدرة؛ فتكشف لنا ما يحدث داخل الخلية وكأننا نشاهد فيلمًا بتكبير فائق. ومع كل خلية نكشف أسرارها، نقترب أكثر من لحظة نغير فيها مسار هذا المرض… وربما نهايته. 

‍

إعداد وترجمة: آلاء محمد صبيح

الجامعة الألمانية بالقاهرة

‍الفائزة بمسابقة الذكرى العاشرة لتكنولوجيا التمدد المجهري

‍

المراجع:

١. Shaib AH, Chouaib AA, Chowdhury R, Altendorf J, Mihaylov D, et al. One-step nanoscale expansion microscopy reveals individual protein shapes. Nat Biotechnol. 2024;10.1038/s41587-024-02431-9. https://doi.org/10.1038/s41587-024-02431-9

٢. Hardiman O, Al-Chalabi A, Chio A, et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Nat Rev Dis Primers. 2017;3:17071. https://doi.org/10.1038/nrdp.2017.71

٣. Tsekrekou M, Giannakou M, Papanikolopoulou K, Skretas G. Protein aggregation and therapeutic strategies in SOD1- and TDP-43-linked ALS. Front Mol Biosci. 2024;11:1383453. https://doi.org/10.3389/fmolb.2024.1383453

٤. Lang L, Zetterström P, Brännström T, et al. SOD1 aggregation in ALS mice shows simplistic test tube behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112(32):9878-83. https://doi.org/10.1073/pnas.1503328112

٥. Fahmy N, Müller K, Andersen PM, et al. A novel homozygous p.Ser69Pro SOD1 mutation causes severe young-onset ALS with decreased enzyme activity. J Neurol. 2023;270(3):1770-1773. https://doi.org/10.1007/s00415-022-11489-x

٦. Hamdi N, Mueller K, Hamza A, Soliman R, Onbool E, Omran K, Ocab O, Freischmidt A, Siebert R, Ludolph A, Fahmy N. First insights into genotype and phenotype of familial amyotrophic lateral sclerosis in Egypt: early onset and high consanguinity. Front Med. 2024 Dec;18(6):1115-1118. https://doi.org/10.1007/s11684-024-1100-8