يشتهر مرض الزهايمر بتأثيراته على الذاكرة والتفكير، لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى أن بعض الأعراض قد تتطور في مكان مفاجئ: خارج الدماغ.
اكتشف علماء في جامعة سنترال فلوريدا (UCF) أن الطفرات الجينية المرتبطة بمرض الزهايمر يمكن أن تتداخل مع الأعصاب التي تتحكم في حركة العضلات، حتى دون تدخل من الدماغ أو الحبل الشوكي. يمكن أن تساعد النتائج في تفسير سبب تغير بعض الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر في المشي أو التوازن أو التنسيق قبل فترة طويلة من ظهور مشاكل ملحوظة في الذاكرة.
ويثير هذا الاكتشاف احتمال أن توفر صعوبات الحركة علامات تحذيرية مبكرة للمرض، وأن العلاجات التي تركز حصريًا على الدماغ قد تتجاهل مشاكل مهمة في أماكن أخرى من الجسم.
قاد البحث جيمس هيكمان، الأستاذ في مركز تكنولوجيا علوم النانو التابع لجامعة كاليفورنيا، وأستاذ الأبحاث شيوفانغ “نادين” جو، اللذان يعملان جنبًا إلى جنب مع العلماء في شركة تكنولوجيا الرعاية الصحية هيسبيروس. وبتمويل من المعهد الوطني للشيخوخة التابع للمعاهد الوطنية للصحة، استخدمت الدراسة أنظمة مختبرية مبنية من خلايا بشرية للتحقيق في كيفية تأثير طفرات الزهايمر الموروثة على الحركة. ونشرت النتائج في مرض الزهايمر والخرف: مجلة جمعية الزهايمر.
يقول جو: “قد يكون العجز الحركي مؤشرا مبكرا (لمرض الزهايمر).” “إذا تمكنا من اكتشاف تلك التغييرات والتدخل في وقت مبكر، فقد يساعد ذلك في تأخير ظهور أعراض الجهاز العصبي المركزي.”
لماذا قد تظهر أعراض مرض الزهايمر قبل فقدان الذاكرة؟
يرتبط مرض الزهايمر عمومًا بفقدان الذاكرة التدريجي والارتباك وانخفاض القدرات المعرفية. ومع ذلك، لاحظ الأطباء أيضًا أن بعض المرضى يعانون من أعراض جسدية، بما في ذلك التغيرات في التوازن والتنسيق والمشية (طريقة المشي)، قبل سنوات من ظهور الصعوبات الإدراكية الواضحة.
وقد أثارت هذه الملاحظات سؤالا مهما: هل هذه المشاكل الحركية هي مجرد نتيجة للضرر الذي يحدث في الدماغ، أم أن مرض الزهايمر يمكن أن يتداخل أيضا بشكل مباشر مع الأعصاب في أماكن أخرى من الجسم؟
للتحقيق في الأمر، ركز فريق UCF على مرض الزهايمر العائلي، وهو شكل وراثي نادر من المرض يتطور عادةً في وقت مبكر من الحياة (من 40 إلى 65 عامًا) مقارنة بالشكل الأكثر شيوعًا.
وكشفت تجاربهم أن الخلايا العصبية الحركية التي تحمل طفرات مرتبطة بمرض الزهايمر العائلي يمكن أن تعطل الاتصالات المسؤولة عن التحكم في العضلات، حتى عندما يكون الدماغ والحبل الشوكي غائبين تمامًا عن النظام التجريبي.
الخلايا العصبية الحركية هي خلايا عصبية متخصصة تنقل الإشارات إلى العضلات، وتخبرها متى تنقبض وتنتج الحركة. وتشير النتائج الجديدة إلى أن طفرات مرض الزهايمر يمكن أن تتداخل مع هذه العملية بشكل مباشر، بدلا من التأثير على الحركة فقط من خلال تلف الدماغ.
يقول هيكمان: “هذه هي المرة الأولى التي يتبين فيها أن العجز في الجهاز العصبي المحيطي يمكن أن ينشأ مباشرة من هذه الطفرات”. “وهذا يعني أن الأدوية التي تستهدف الدماغ قد لا تحل المشاكل في بقية الجسم.”
يشمل الجهاز العصبي المحيطي الأعصاب الموجودة خارج الدماغ والحبل الشوكي. تحمل هذه الأعصاب إشارات بين الجهاز العصبي المركزي وبقية الجسم، مما يساعد على التحكم في الحركة والإحساس والوظائف الأساسية الأخرى.
ويشير جو أيضًا إلى أن الحفاظ على القدرة على الحركة يمكن أن يكون له فوائد تتجاوز الصحة البدنية. يرتبط النشاط البدني المنتظم بتحسن الصحة الإدراكية، لذا فإن حماية الوظيفة الحركية قد تساعد أيضًا في دعم صحة الدماغ.
كيف كشف نظام الخلايا البشرية المصغرة عن هذا الاكتشاف
ولفحص العلاقة بين طفرات مرض الزهايمر وحركة العضلات، استخدم العلماء منصة مختبرية مبتكرة تعرف باسم تقنية “الإنسان على شريحة”.
تم تطوير هذه الأنظمة المصغرة وتصنيعها من خلال شركة Hesperos ، وهي شركة شارك في تأسيسها هيكمان، وهي تجمع أنواعًا مختلفة من الخلايا البشرية معًا في ظل ظروف خاضعة للرقابة. إنها تسمح للباحثين بإعادة إنشاء وظائف بيولوجية محددة وملاحظة كيفية تداخل الأمراض معها.
وعلى عكس التجارب المعملية التقليدية التي تفحص الخلايا المعزولة، يمكن لهذه الأنظمة إعادة إنتاج تفاعلات مهمة بين الأنسجة المختلفة. كما أنها توفر بديلاً للنماذج الحيوانية، التي لا تعكس دائمًا بدقة كيفية سلوك الأمراض التي تصيب الإنسان.
في هذه الدراسة، أنشأ الفريق نموذجًا مصغرًا للموصل العصبي العضلي، وهو الاتصال الذي تتواصل فيه الخلية العصبية الحركية مع خلية عضلية.
تم تصميم النموذج عمدا بدون دماغ أو حبل شوكي. كان هذا جزءًا مهمًا من التجربة لأنه سمح للباحثين بالتحقيق فيما إذا كانت التغيرات المرتبطة بمرض الزهايمر يمكن أن تسبب مشاكل في الحركة بشكل مستقل عن الجهاز العصبي المركزي.
قام العلماء بدمج خلايا العضلات السليمة مع الخلايا العصبية الحركية المشتقة من الخلايا الجذعية التي تحمل طفرات جينية مرتبطة بمرض الزهايمر العائلي. الخلايا الجذعية هي خلايا يمكن أن تتطور إلى أنواع متخصصة من الخلايا، مما يجعلها أدوات قيمة لدراسة الأمراض التي تصيب الإنسان في المختبر.
ثم قام الباحثون بفحص مدى فعالية تواصل الخلايا العصبية المتغيرة مع الأنسجة العضلية السليمة.
وأظهرت النتائج أن الطفرات المرتبطة بمرض الزهايمر يمكن أن تتداخل مع الوظيفة الطبيعية للعصب والعضلات. ويشير هذا إلى أن بعض صعوبات الحركة المرتبطة بالمرض على الأقل قد تنشأ مباشرة في الجهاز العصبي المحيطي وليس ناجمة بالكامل عن انحطاط الدماغ.
لماذا يمكن أن تؤثر الوصلات العصبية التالفة على المشي والتوازن
تعتمد كل حركة إرادية على التواصل الناجح بين الجهاز العصبي والعضلات.
عند الوصل العصبي العضلي، تؤدي الإشارة الكهربائية التي تنتقل عبر الخلية العصبية الحركية إلى تحفيز الاتصال الكيميائي الذي يؤدي إلى انقباض العضلات. هذه العملية تجعل الأنشطة اليومية ممكنة، بدءًا من المشي والحفاظ على وضعية الجسم وحتى رفع الأشياء وأداء الحركات الدقيقة.
عندما يصبح الاتصال ضعيفًا، قد تستجيب العضلات بشكل أقل فعالية للإشارات العصبية. اعتمادا على شدة المشكلة وموقعها، يمكن أن يساهم ذلك في الضعف، وانخفاض التنسيق، وصعوبة الحفاظ على النشاط البدني.
ولتقييم هذه التأثيرات، قام فريق البحث بقياس مدى استمرار الإشارات العصبية في إنتاج تقلصات العضلات والمدة التي يمكن أن تستمر فيها العضلات في الانقباض قبل أن تصاب بالإرهاق.
قدمت هذه القياسات تقييمًا مباشرًا لمدى عمل الخلايا العصبية والعضلية معًا. كما أنها تشبه جوانب الاختبارات الوظيفية التي يستخدمها الأطباء عند فحص المرضى الذين يعانون من اضطرابات الحركة.
يقول هيكمان: “لا يمكنك التحرك إلا إذا كانت دائرة المحرك تعمل”. “عندما ينقر الطبيب على ركبتك للتحقق من رد الفعل الخاص بك، فإنه يختبر هذا الاتصال الدقيق.”
ومن خلال إظهار ضعف الاتصال بين الأعصاب والعضلات في نظام لا يحتوي على دماغ أو حبل شوكي، تقدم الدراسة دليلاً على أن الطفرات المرتبطة بمرض الزهايمر العائلي يمكن أن تنتج تأثيرات تتجاوز الجهاز العصبي المركزي.
ومع ذلك، فإن التجارب لا تثبت أن هذه التغييرات تحدث بالضرورة قبل فقدان الذاكرة لدى المرضى. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد مدى دقة نتائج المختبر في عكس تطور مرض الزهايمر لدى الأشخاص، وخاصة أولئك الذين يعانون من الأشكال الأكثر شيوعًا للمرض.
هل يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى اكتشاف مبكر لمرض الزهايمر؟
تشير النتائج إلى اتجاه جديد مهم محتمل لأبحاث مرض الزهايمر: النظر إلى ما هو أبعد من الذاكرة والأعراض المعرفية الأخرى عند التحقيق في المرض.
إذا أكدت الدراسات المستقبلية أن التغيرات في الوظيفة الحركية يمكن اكتشافها مبكرًا لدى بعض المرضى، فإن اختبارات المشي أو التنسيق أو نشاط العصب إلى العضلات قد تساعد في النهاية في تحديد التغيرات المرتبطة بالمرض قبل ظهور أعراض عصبية أكثر وضوحًا.
تثير النتائج أيضًا تساؤلات حول العلاج. تم تصميم العديد من علاجات مرض الزهايمر لمعالجة العمليات التي تحدث في الدماغ، ولكن الأدوية التي تستهدف الجهاز العصبي المركزي قد لا تصحح بالضرورة التشوهات التي تؤثر على الأعصاب والعضلات المحيطية.
إن فهم هذه التأثيرات المنفصلة يمكن أن يساعد الباحثين على دراسة العلاجات التي تحمي الوظيفة الجسدية إلى جانب الصحة المعرفية.
يمكن لتكنولوجيا الإنسان على الرقاقة أن تغير أبحاث الأمراض
وبعيدًا عن الآثار المترتبة على مرض الزهايمر، يرى الباحثون إمكانية كبيرة في استخدام أنظمة الإنسان على الرقاقة للتحقيق في أمراض أخرى وتقييم العلاجات الممكنة.
ولأن هذه المنصات تحتوي على خلايا بشرية وتعيد إنتاج أنشطة بيولوجية قابلة للقياس، فإنها يمكن أن تساعد العلماء على مراقبة التغيرات المرتبطة بالأمراض في الحالات التي تشبه إلى حد كبير علم وظائف الأعضاء البشرية مقارنة ببعض النماذج التجريبية التقليدية.
قد يكون هذا النهج مفيدًا بشكل خاص في تطوير الأدوية، حيث يحتاج الباحثون إلى فهم ليس فقط كيفية تأثير العلاج المحتمل على الخلايا الفردية، ولكن أيضًا كيفية تأثيره على التفاعلات بين الأنسجة المختلفة.
يمكن لمثل هذه الأنظمة أيضًا أن تكشف عن التأثيرات البيولوجية التي قد يكون من الصعب اكتشافها في التجارب على الحيوانات، مما قد يساعد الباحثين على تحديد العلاجات الواعدة والتعرف على القيود في مرحلة مبكرة من التطوير.
بالنسبة لهيكمان، يمثل التقدم تتويجًا لثلاثة عقود من العمل المكرس لفهم المرض من خلال نماذج مختبرية أكثر واقعية.
ويقول: “تتيح لنا هذه الأنظمة دراسة المرض بطريقة أقرب إلى ما يحدث بالفعل في جسم الإنسان، وهذا ما نحتاجه لتطوير علاجات أفضل”.