اكتشاف مفاجئ لفيتامين (أ) يغير ما يعرفه العلماء عن الرؤية

يتمحور هذا الاكتشاف حول تحول غير متوقع يحدث في شبكية العين النامية قبل الولادة. يبدو أن بعض الخلايا التي تكتشف الضوء الأزرق في البداية تتحول إلى خلايا حساسة للضوء الأحمر والأخضر، مما يساعد على إنشاء الترتيب المتخصص اللازم لرؤية مركزية واضحة.

نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوميمكن لهذه النتائج أن تعيد تشكيل فهم العلماء لكيفية تطور عيون الإنسان. وقد تساعد أيضًا في تطوير البحث في العلاجات المستقبلية للضمور البقعي والزرق وغيرها من الحالات التي تسبب فقدان البصر.

وقال روبرت جونستون جونيور، الأستاذ المشارك في علم الأحياء بجامعة جونز هوبكنز والذي قاد الدراسة: “هذه خطوة أساسية نحو فهم العمل الداخلي لمركز شبكية العين، وهو جزء مهم من العين وأول من يفشل في الأشخاص الذين يعانون من الضمور البقعي”. “من خلال فهم أفضل لهذه المنطقة وتطوير عضويات تحاكي وظيفتها، نأمل أن ننمو ونزرع هذه الأنسجة يومًا ما لاستعادة الرؤية.”

كيف أعاد العلماء إنشاء شبكية العين البشرية النامية

وللتحقق من كيفية تشكل الرؤية البشرية، لجأ جونستون وزملاؤه إلى تقنية مختبرية مبتكرة ساعدوا في تطويرها على مدى السنوات العديدة الماضية. وبدلاً من الاعتماد كليًا على التجارب على الحيوانات، قاموا بزراعة نسخ مصغرة من أنسجة الشبكية البشرية تسمى العضيات.

تقوم هذه المجموعات الصغيرة من الخلايا، التي تنمو من الخلايا الجنينية، بإعادة إنتاج السمات المهمة للأنسجة البشرية النامية. ومن خلال مراقبة الأعضاء العضوية في شبكية العين على مدار عدة أشهر، تمكن العلماء من متابعة التغييرات التي قد يكون من الصعب للغاية دراستها أثناء الحمل.

تركز اهتمامهم على الحويصلة، وهي منطقة صغيرة تقع في منتصف شبكية العين. شبكية العين هي الطبقة الحساسة للضوء الموجودة في الجزء الخلفي من العين والتي تحول الضوء الوارد إلى إشارات يمكن للدماغ تفسيرها. داخلها، تلعب الحويصلة دورًا مهمًا بشكل خاص في الرؤية المركزية التفصيلية، والتي تسمح للناس بالقراءة والتعرف على الوجوه وتمييز التفاصيل الدقيقة.

وعلى الرغم من أن النقرة لا تشغل سوى جزء صغير من شبكية العين، إلا أنها تشارك في حوالي 50% من الإدراك البصري البشري، وفقًا للباحثين.

السر المدهش وراء الرؤية الإنسانية الحادة

أحد مفاتيح فهم النقرة هو وجود مجموعة من الخلايا المتخصصة في الكشف عن الضوء والتي تسمى المخاريط. على عكس الخلايا العصوية، التي لها أهمية خاصة للرؤية في الضوء الخافت، تدعم المخاريط الرؤية أثناء النهار وتسمح لنا بإدراك الألوان.

لدى البشر ثلاثة أنواع من الخلايا المخروطية، كل منها أكثر حساسية لأطوال موجية مختلفة من الضوء. توصف هذه عادةً بأنها مخاريط زرقاء وخضراء وحمراء. ومن خلال مقارنة الإشارات الصادرة عن هذه الخلايا المختلفة، يستطيع الدماغ التمييز بين نطاق واسع بشكل ملحوظ من الألوان.

ومع ذلك، لا يتم توزيع المخاريط بالتساوي في جميع أنحاء شبكية العين. تحتوي الحويصلة على مخاريط حمراء وخضراء ولكنها تفتقر إلى المخاريط الزرقاء الموجودة في مناطق الشبكية الأخرى. يعد هذا الترتيب الدقيق ضروريًا للرؤية الحادة بشكل استثنائي التي ينتجها مركز العين.

لعقود من الزمن، ناضل الباحثون لشرح كيفية تطور هذا النمط. إحدى العقبات الرئيسية هي أن الحيوانات التي تمت دراستها بشكل شائع، بما في ذلك الفئران والأسماك، لا تشترك في نفس تنظيم الشبكية الموجود في البشر. وهذا يجعل من الصعب استخدام النماذج الحيوانية التقليدية لدراسة كيفية تطور هذه الخلايا المتخصصة.

قدمت شبكية العين البشرية المزروعة في المختبر فرصة جديدة لحل هذا اللغز الذي طال أمده.

فيتامين أ وهرمونات الغدة الدرقية يؤديان إلى تغيير ملحوظ

اكتشف الباحثون دليلاً على أن ترتيب المخاريط في النقرة يتطور من خلال عمليتين منسقتين. ويحددون معًا أنواع الخلايا التي تتشكل في الشبكية المركزية وكيف تتغير بعض هذه الخلايا مع استمرار التطور.

خلال الأسابيع 10 إلى 12 من نمو الجنين، يوجد في البداية عدد صغير من المخاريط الزرقاء في النقرة. ولكن بحلول الأسبوع 14، يبدو أن هذه الخلايا قد تحولت إلى مخاريط حمراء وخضراء.

حدد الفريق تأثيرين كيميائيين مهمين وراء هذه العملية.

الأول يتضمن حمض الريتينويك، وهو جزيء ينتج من فيتامين أ. يساعد حمض الريتينويك على تنظيم كيفية تطور الخلايا وتخصصها في جميع أنحاء الجسم. وفي شبكية العين النامية، يحد انهيار هذا الجزيء من تكوين المخاريط الزرقاء في المنطقة الوسطى.

التأثير الثاني يأتي من هرمونات الغدة الدرقية، والتي تشتهر بتنظيم عملية التمثيل الغذائي ولكن لها أيضًا أدوار حاسمة في النمو والتطور. في هذه الحالة، يبدو أن الهرمونات تشجع المخاريط الزرقاء المتبقية على التحول إلى مخاريط حمراء وخضراء.

وقال جونستون: “أولا، يساعد حمض الريتينويك في ضبط النمط. وبعد ذلك، يلعب هرمون الغدة الدرقية دورا في تحويل الخلايا المتبقية”. “هذا مهم جدًا لأنه إذا كان لديك تلك المخاريط الزرقاء هناك، فلن ترى جيدًا.”

والأهم من ذلك، أن هذا الاكتشاف يتعلق بكيفية مساعدة إشارات فيتامين أ في توجيه نمو العين قبل الولادة. ولم يثبت أن تناول مكملات فيتامين أ يمكن أن يحسن الرؤية الحادة لدى البالغين.

اكتشاف يتحدى نظرية عمرها 30 عامًا

تقدم النتائج بديلاً مذهلاً للتفسير الذي أثر على أبحاث الرؤية لعقود من الزمن.

في ظل النموذج القديم، كان يُعتقد أن المخاريط الزرقاء التي تظهر في البداية في النقرة تتحرك بعيدًا مع تطور الشبكية. ويفترض العلماء عمومًا أنه بمجرد أن تصبح هذه الخلايا نوعًا معينًا من المخروط، تظل هوياتها ثابتة.

تشير النتائج الجديدة إلى شيء مختلف. بدلاً من مجرد الانتقال، قد تخضع بعض المخاريط الزرقاء على الأقل لتغيير في الهوية، لتصبح مخاريطًا حمراء أو خضراء مع تطور العين.

وقال جونستون: “كان النموذج الرئيسي في هذا المجال منذ حوالي 30 عامًا هو أن المخاريط الزرقاء القليلة التي تحصل عليها في تلك المنطقة تتحرك بطريقة ما بعيدًا عن الطريق، وأن هذه الخلايا تقرر ما ستكون عليه، وتظل على هذا النوع من الخلايا إلى الأبد”. “لا يمكننا استبعاد ذلك حقًا بعد، لكن بياناتنا تدعم نموذجًا مختلفًا. هذه الخلايا تتحول بالفعل بمرور الوقت، وهو أمر مثير للدهشة حقًا.”

ولم يستبعد الباحثون تمامًا إمكانية هجرة بعض الخلايا. ومع ذلك، فإن ملاحظاتهم تدعم فكرة أن الخلايا المخروطية النامية تتمتع بمرونة أكبر مما تم التعرف عليه سابقًا.

يمكن لهذا الاحتمال أن يغير بشكل جذري الطريقة التي يدرس بها العلماء تكوين رؤية الألوان البشرية وتطور المناطق الأكثر تخصصًا في شبكية العين.

هل يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف العلماء على استعادة الرؤية المفقودة؟

وبعيدًا عن شرح كيفية تطور العيون الصحية، يمكن أن يكون للنتائج آثار مهمة على علاج الأمراض التي تلحق الضرر بالشبكية.

أحد التطبيقات الواعدة بشكل خاص هو الضمور البقعي، وهو سبب رئيسي لفقدان الرؤية المركزية، وخاصة بين كبار السن. يؤدي المرض إلى إتلاف البقعة، وهي منطقة الشبكية المسؤولة عن الرؤية المركزية التفصيلية، ويمكن أن يتداخل بشدة مع القراءة والقيادة والتعرف على الوجوه. على الرغم من أن العلاجات يمكن أن تبطئ أو تسيطر على أشكال معينة من المرض، إلا أنه لا يوجد علاج حاليًا.

إن فهم كيفية إنشاء شبكية العين لخلاياها المتخصصة الحساسة للضوء يمكن أن يساعد العلماء في نهاية المطاف على إنتاج بدائل صحية في المختبر.

ويعمل فريق جونستون الآن على تحسين عضويات شبكية العين بحيث يمكنها إعادة إنتاج بنية ووظيفة العين البشرية بشكل أوثق. الهدف على المدى الطويل هو تطوير مجموعات من المستقبلات الضوئية يتم التحكم فيها بدقة، وهي الخلايا التي تكتشف الضوء، من أجل زرعها المحتمل في شبكية العين المتضررة.

وتعتقد كاتارزينا هوسي، مؤلفة الدراسة وطالبة الدكتوراه السابقة في مختبر جونستون، أن هذا النهج يمكن أن يفتح اتجاهًا جديدًا مهمًا لاستعادة الرؤية. يعمل هوسي الآن عالمًا في علم الأحياء الجزيئي والخلوي في CiRC Biosciences ، وهي شركة للعلاج بالخلايا في شيكاغو.

وقال هوسي: “الهدف من استخدام هذه التقنية العضوية هو في نهاية المطاف تكوين مجموعة من المستقبلات الضوئية تقريبًا حسب الطلب. وهناك طريق كبير محتمل هو العلاج باستبدال الخلايا لإدخال خلايا صحية يمكنها إعادة الاندماج في العين وربما استعادة تلك الرؤية المفقودة”.

وتتمثل الفكرة في إدخال خلايا صحية يمكن أن تتكامل مع أنسجة الشبكية الموجودة وربما تحل محل الوظائف المفقودة بسبب المرض. إن تحقيق هذا الهدف يتطلب من الباحثين إثبات أن الخلايا المزروعة يمكن أن تبقى على قيد الحياة، وتتصل بشكل صحيح مع دوائر العين الموجودة، وتعمل بأمان.

وشدد هوسي على أن هذه التكنولوجيا لا تزال بعيدة عن الاستخدام السريري الروتيني، حيث لا تزال هناك حاجة إلى تطوير واختبار واسع النطاق.

“هذه تجارب طويلة المدى للغاية، وبالطبع سنحتاج إلى إجراء تحسينات لدراسات السلامة والفعالية قبل الانتقال إلى العيادة. لكنها رحلة قابلة للحياة.”

في الوقت الحالي، يوفر هذا الاكتشاف شيئًا أساسيًا: تفسير أوضح لكيفية تطوير العين البشرية لقدرتها الرائعة على رؤية التفاصيل الدقيقة. من خلال الكشف عن كيفية مساعدة إشارات فيتامين أ وهرمونات الغدة الدرقية في تشكيل شبكية العين، اتخذ العلماء خطوة أخرى نحو فهم الرؤية في مراحلها الأولى وربما إيجاد طرق لاستعادتها عند حدوث المرض.