في عام 2020، أفاد الباحثون بأنهم قد صنعوا “روبوتات بيولوجية” عن طريق تشكيل تجمعات من الخلايا إلى أشكال صغيرة اصطناعية يمكنها “المشي” على الأسطح. وقد أكد فريق ليفين أن هذه الكيانات، التي أطلق عليها اسم “زينوبوتس” لأنها مصنوعة من خلايا الجلد والعضلات القلبية لضفدعة الكلاب الأفريقية زينوبوس لايفيس، يمكن اعتبارها نوعًا جديدًا من الكائنات الحية. وأصبح هذا الادعاء أكثر إقناعًا عندما أظهر الباحثون بعد عام أن زينوبوتس يمكنها التجمع بشكل تلقائي من خلايا الجلد للضفدعة وتظهر سلوكًا متنوعًا أثناء سباحتها في السائل.
روبوتات الأنثروبوتس
تقول فريق ليفين في جامعة توفتس في دراسة نشرتها مجلة Advanced Science إنهم صنعوا كيانات مشابهة للروبوتات من خلايا الإنسان. ويطلقون عليها اسم “روبوتات الأنثروبوتس”.
المفتاح لجعل الأنثروبوتس قابلة للتحرك هو أن سطحها مغطى بتجاويف بروتينية تشبه الشعيرات الشعرية تسمى الأهداب التي تتمايل وتدفع الهياكل عبر السائل. لكي تصل إلى أي مكان فعليًا، يجب أن تتحرك الأهداب جميعها معًا بتنسيق.
تشكيلات وسلوك الأنثروبوتس
لا يمكن للأنثروبوتس فقط السباحة، بل يبدو أن لديها أشكال وأوضاع سلوكية متميزة – مثل سلالات أو مجموعات داخل نفس نوع الكائن. ويقول فريق توفتس إن الأنثروبوتس يبدو أنها قادرة على تحفيز شكل بدائي من الشفاء في طبقات أخرى من الخلايا البشرية، مما يفتح إمكانية استخدامها في الطب.
الروبوتات البيولوجية ككائنات حية
تشير بعض العلماء إلى أن أهمية تجمعات الخلايا البشرية، مثل زينوبوتس الأصلية، مبالغ فيها؛ حيث يشككون في ما إذا كان يمكن حقًا اعتبار هذه الكيانات التي تتشكل تلقائيًا نوعًا من “الروبوت”. ويرى بعضهم أنه لا يوجد شيء جديد أو مدهش بشكل خاص في فكرة أن خلايا الضفدع يمكن أن تتجمع في كتل صغيرة قادرة على الحركة. ويقول جيمي ديفيز، عالم تطوري في جامعة إدنبرة في اسكتلندا، الذي لم يشارك في الدراسة التي أجراها ليفين في عام 2020 أو في الدراسة الأخيرة، “بشكل عام، لم يتمكن مجتمع أجنيات الضفدع الذي يعرف هذه الخلايا حقًا من رؤية ما الذي يثير الضجة حولها”، ويعتبر أنه ليس من المستغرب أن تتحرك تجمعات خلايا الإنسان مثل هذه.
ومع ذلك، يقول ليفين أن المفتاح هنا هو تغيير في النظرة. بدلاً من اعتبار تجمعات الخلايا مجرد قطع صغيرة من الأنسجة يمكن استخدامها لاستكشاف علم الأحياء البشري، يجب أن نراها ككائنات تشبه الكائنات في حقها، بأشكال وسلوكيات محددة يمكن استخدامها كـ “منصة للروبوتات الحيوية” للتطبيقات الطبية وغيرها، على سبيل المثال، من خلال تعديل هذه الخصائص بشكل منهجي للحصول على سلوك مفيد مثل إصلاح الأنسجة التالفة في الجسم.
فتح نافذة على المساحة المورفولوجية للخلايا البشرية
يقول ليفين أن الأنثروبوتس تقدم نظرة على “مساحة المورفولوجيا” المتاحة للخلايا البشرية من خلال إظهار أنها يمكنها بناء تلقائيًا ليس فقط أنسجة وأعضاء الجسم البشري ولكن أيضًا هياكل مختلفة تمامًا لم تنشأ من الطبيعة نفسها. ويقول “نحن نستكشف جوانب المساحة المورفولوجية. يعطيك التطور نقطة صغيرة من التباين، لكن هناك الكثير بالفعل”. ويُطلق على قدرة الخلايا والأنسجة على تطوير أنواع مختلفة من الهياكل اسم “المرونة”.
تكوين الأنثروبوتس وسلوكها
تتراوح أحجام الأنثروبوتس بين 30 و 500 ميكرومتر وقادرة على البقاء لمدة تصل إلى شهرين، ومصنوعة من خلايا مأخوذة من أنسجة الرئة البشرية البالغة. هذه الأنسجة لديها طبيعيًا أهداب على سطحها تتمايل ذهابًا وإيابًا لنقل المخاط، الذي يمكن أن يمتص وبالتالي يزيل الشوائب في الهواء المستنشق. (في المقابل، تتحرك الأهداب على جلد الضفدع لنقل المخاط والحفاظ على رطوبة الجلد.)
من المعروف بالفعل أن هذا النوع من الأنسجة يمكن أن يتجمع في كتل مهدبة. وبدءًا من أوائل العقد 2010، أفادت العديد من الأوراق البحثية أن مثل هذه التجمعات، المعروفة باسم الأعضاء العضوية، يمكن استخدامها لدراسة وظيفة الرئة. في بعض هذه الأوراق، تشير الأهداب نحو الداخل إلى فراغ داخلي فارغ، كما هو الحال في فروع الممرات التنفسية البشرية نفسها. ولكن على مدى السنوات القليلة الماضية، وجد الباحثون أيضًا تجمعات خلوية تشبه الكرة تنمو مع الأهداب تشير إلى الخارج من سطحها، كما هو الحال في الأنثروبوتس.
تحرير الأنثروبوتس وسلوكها
كان التحدي الأول لفريق توفتس هو إقناع الآخرين بأن الأنثروبوتس هي كيانات مستقلة في حقها، بأشكال وسلوكيات يسعى إليها الخلايا جماعيًا، بدلاً من أن تكون قطعًا عشوائية إلى حد ما من الأنسجة البشرية التي تبدو سطحيًا مثل الكائنات الدقيقة.
وعلى الرغم من أن جيمي ديفيز، الذي سبق له أن شارك في كتابة مراجعة عن المورفولوجيا الاصطناعية مع ليفين، يشعر ببعض الاهتمام في عمل زينوبوتس الأولي، إلا أنه لا يعجبه أن تتمكن تجمعات الخلايا البشرية من “السباحة” بأهدابها. يقول إن ذلك أمر لا مفر منه تقريبًا إذا كانت الأهداب تتحرك بتناغم بمجرد أن تتحرر التجمعات من مصفوفة الجل. إنها ميكانيكا نيوتنية فقط وهي وظيفة عرضية، يضيف قائلاً “لا أستطيع أن أرى كيف يستحق هذه التجمعات من الخلايا ذات الأهداب المتراقصة أن تطلق عليها مصطلح ‘روبوت’”.
وظيفة الأعضاء العضوية
توضح سالفاتوري سيميني وجينا موكيا من شركة STEMCELL Technologies، اللتان نمتا أيضًا أعضاء هوائية بشرية، أن سلوك هذه الأعضاء العضوية يوضح الوظائف البيولوجية للخلايا التي تتكون منها. إذا تم الحفاظ على الحركات المتنسقة للأهداب التي تنظف المخاط من الممرات التنفسية في الأعضاء العضوية مع توجه الأهداب إلى الخارج، فإن الأهداب ستعمل كمجاديف صغيرة تدفع تجمعات الخلايا عبر السائل.
يؤكد ليفين وزملاؤه أن هذه الحركات ليست عشوائية فقط. بعد تحقيق حركات المئات من الأنثروبوتس إحصائيًا، يقولون إن الروبوتات يبدو أنها تنتمي إلى فئات متميزة. في مجموعة واحدة، تكون الهياكل – صغيرة ومعظمها كروية – لديها أهداب في جميع أنحاء سطحها ولا تتحرك على الإطلاق. تختلف المجموعات الأخرى في أنها لديها هياكل غير منتظمة – تشبه إلى حد ما البطاطس – وتكون مغطاة جزئيًا بالأهداب فقط. تختلف هذه المجموعات في وجود أهداب مجمعة بإحكام في منطقة واحدة، مما يؤدي بها إلى السباحة في مسارات دائرية، أو وجود أهداب منتشرة بشكل فضفاض أكثر تجعلها تتحرك في خطوط مستقيمة.
يقول الباحثون إنه يمكن اعتبار كل هذه الأنواع المورفولوجية والسلوكية هدفًا ضمنيًا لمجموعات الخلايا – تشبه إلى حد ما أنواع الأنسجة أو الأعضاء في جسم الإنسان.
تأثير الأنثروبوتس على الخلايا الأخرى
يضيف ليفين “ما لم يتم عرضه من قبل هو تأثير هذه الأشياء على الخلايا الأخرى”. عندما يتجول الباحثون بالأنثروبوتس فوق طبقة مسطحة من الخلايا العصبية البشرية المزروعة في طبقة زجاجية تم تلفها بخدش، وجدوا أن الروبوتات ستساعد الخلايا العصبية على النمو مرة أخرى عبر الفجوة. ولم يكن هذا فقط لأن الأنثروبوتس قدمت جسرًا سلبيًا بين الحوافين، لأن قطعًا صغيرة من هلام البوليساكاريد السليب لم يكن له نفس التأثير.
يقول “لسنا نعرف الآلية، وهذا واحد من الأشياء التي نحاول معرفتها. ولكن نحن نعلم أنها ليست مجرد آلية ميكانيكية”. يشتبه ليفين في أن الأنثروبوتس ترسل إشارات – ربما إشارات بيوكيميائية – إلى الخلايا العصبية عند حواف الخدش تشجعها على النمو في الفجوة.
يقول ليفين “كان العثور على هذه القدرة أحد أول الأشياء التي بحثنا عنها. وهذا يخبرني أن هناك العديد من الأشياء الأخرى التي يمكن أن تكون ممكنة، وأن هذا ليس سوى الجزء الأعلى من الجبل الجليدي. هذا يفتح إمكانية استخدام هذه الهياكل للتأثير على الخلايا الأخرى [في الكائنات الحية أو في طبقة مختبر] بطرق أخرى كثيرة”. وتأمل جيزيم غوموسكايا في البحث عن سلوك مماثل للشفاء في نماذج لأمراض الجهاز العصبي البشري، مثل الأعضاء العصبية التي تحاكي الدماغ؛ ويقترح ليفين أن يمكن استخدام الأنثروبوتس لمساعدة في إصلاح الشبكية أو الحبل الشوكي المتضررة. ولكن هذه الأفكار لا تزال مجرد تخمينات تامة في الوقت الحالي.
فيليب بول هو كاتب علمي مقيم في لندن. سيتم نشر كتابه القادم، كيف يعمل الحياة (جامعة شيكاغو بريس)، في خريف عام 2023.
اترك تعليقاً