ما علاقة علم الفيزياء بتطور الخلايا السرطانية لمقاومة الأدوية؟!
#سؤال
#سؤال
إن الفهم الأعمق لكيفية استجابة الخلايا السرطانية للعلاجات سيساعدنا في تحسين فعاليته
يمكن للتفاعلات الفيزيائية بين الخلايا أن تسمح
للخلايا المقاومة للعلاج Treatment-resistant بالبقاء على قيد الحياة في الأورام
على الرغم من نموها بشكل أبطأ من الخلايا غير المقاومة Non-resistant.
يمكن للتفاعلات الفيزيائية بين الخلايا أن تسمح
للخلايا المقاومة للعلاج Treatment-resistant بالبقاء على قيد الحياة في الأورام
على الرغم من نموها بشكل أبطأ من الخلايا غير المقاومة Non-resistant.
تشكل الطفرات التي تخلق مقاومة للأدوية تحديًا كبيرا سواء للمضادات الحيوية أو العلاجات المضادة للسرطان.
لكن اتضح أن نفس الطفرات التي تجعل الخلايا السرطانية مقاومة للعلاج غالبا ما تمنح الخلايا السرطانية صفة ليست في صالحها Evolutionary disadvantage مقارنة بالخلايا غير الطافرة.
لكن اتضح أن نفس الطفرات التي تجعل الخلايا السرطانية مقاومة للعلاج غالبا ما تمنح الخلايا السرطانية صفة ليست في صالحها Evolutionary disadvantage مقارنة بالخلايا غير الطافرة.
أي مقابل القدرة على مقاومة العلاج
يحدث انخفاض في معدل النمو لدى الخلايا السرطانية
وهذا ما نسميه Fitness cost بحيث تتم فلترة مجموعة الخلايا عن طريق الانتخاب الطبيعي Natural selection وتنمو الخلايا الطافرة بشكل أبطأ وبالتالي يتم التغلب عليها.
يحدث انخفاض في معدل النمو لدى الخلايا السرطانية
وهذا ما نسميه Fitness cost بحيث تتم فلترة مجموعة الخلايا عن طريق الانتخاب الطبيعي Natural selection وتنمو الخلايا الطافرة بشكل أبطأ وبالتالي يتم التغلب عليها.
لكن الأمر ليس بهذه البساطة
بحيث يمكن لهذه الخلايا الطافرة أن تتحور مرة أخرى
لتعويض عيوبها من خلال عملية تسمى الإنقاذ التطوري Evolutionary rescue.
لكن كيفية حدوث هذه العملية بالضبط لا يزال غير واضح بسبب صعوبة تتبع الخلايا الطافرة سواء مكان أو زمان حدوث الطفرات.
بحيث يمكن لهذه الخلايا الطافرة أن تتحور مرة أخرى
لتعويض عيوبها من خلال عملية تسمى الإنقاذ التطوري Evolutionary rescue.
لكن كيفية حدوث هذه العملية بالضبط لا يزال غير واضح بسبب صعوبة تتبع الخلايا الطافرة سواء مكان أو زمان حدوث الطفرات.
قام الباحثون بإحدى الدراسات باستخدام مستعمرات الخميرة الموسعة المعززة بالطفرات الاصطناعية المقترنة بالفلورة Fluorescence-coupled synthetic mutations لتتبع المسار التطوري الكامل لآلاف السلالات المقاومة
Resistant lineages
Resistant lineages
مع ملاحظة أنه قد أظهرت نتائج أبحاث حديثة أيضا أنه في مجموعات كثيفة من الخلايا
مثل معظم أشكال النمو السرطاني
يمكن تقليل قوة الانتخاب الطبيعي للتخلص من الطفرات المقاومة بطيئة النمو.
مثل معظم أشكال النمو السرطاني
يمكن تقليل قوة الانتخاب الطبيعي للتخلص من الطفرات المقاومة بطيئة النمو.
ونظرا لأنه من المرجح أن تعيش الخلايا المتحورة لفترة أطول فإن لدى هذه الخلايا أيضا فرصة أكبر في النجاة من خلال حدوث طفرات أخرى.
قدم فريقاً بحثياً نظامًا نموذجياً لمستعمرات ثنائية الأبعاد تنمو شعاعيا تتكون من خلايا خميرة مهندسة وراثيا.
حيث سمح لهم ذلك بدراسة مجموعات سكانية كثيفة مع التحكم في العديد من المتغيرات مثل معدل الطفرات وتكلفة اللياقة للمقاومة Fitness cost of resistance
حيث سمح لهم ذلك بدراسة مجموعات سكانية كثيفة مع التحكم في العديد من المتغيرات مثل معدل الطفرات وتكلفة اللياقة للمقاومة Fitness cost of resistance
وتم زيادة خلايا الخميرة المقاومة البطيئة النمو لتصبح فلورية حمراء
والتي قد تتحور مرة أخرى بمعدل يتحكم فيه الباحثون، وعند نقطة معينة
قاموا بتعويض تكلفة Fitness cost
حيث فقدت الخلايا السرطانية عيوبها وتغيرت الفلورة إلى اللون السماوي.
والتي قد تتحور مرة أخرى بمعدل يتحكم فيه الباحثون، وعند نقطة معينة
قاموا بتعويض تكلفة Fitness cost
حيث فقدت الخلايا السرطانية عيوبها وتغيرت الفلورة إلى اللون السماوي.
باستخدام هذا النظام
وُجدت النتيجة المفاجئة فمع زيادة عدد الخلايا يمكن أن تكون التفاعلات الميكانيكية Mechanical interactions بين الخلايا بمثابة معيد للتوازن لعملية الانتقاء التطوري Evolutionary selection.
وُجدت النتيجة المفاجئة فمع زيادة عدد الخلايا يمكن أن تكون التفاعلات الميكانيكية Mechanical interactions بين الخلايا بمثابة معيد للتوازن لعملية الانتقاء التطوري Evolutionary selection.
فعادةً ما يتسبب الانتخاب الطبيعي في تفوق الخلايا الطافرة بطيئة النمو على الخلايا الأسرع نموا غير المطفرة. واتضح أنه يمكن للتفاعلات الفيزيائية أن تخلق توازنا
والذي يسميه الباحثون Inflation-selection balance
والذي يسميه الباحثون Inflation-selection balance
والذي يسمح للمجموعات المقاومة في الأطراف المتنامية (الحافة الخارجية للمستعمرة حيث يحدث النمو) للمستعمرة بالحفاظ على حجمها في حالة توازن.
وهذا يزيد من احتمالية تحور الخلايا المقاومة مرة أخرى. فعندما تبدأ هذه الخلايا المقاومة ذات الطفرة الثانية في الانتشار فإنها قد تسبب فشل العلاج.
وهذا يزيد من احتمالية تحور الخلايا المقاومة مرة أخرى. فعندما تبدأ هذه الخلايا المقاومة ذات الطفرة الثانية في الانتشار فإنها قد تسبب فشل العلاج.
تعيش المتحورات الحمراء لفترة أطول بسبب توازن Inflation-selection balance
لكنها في النهاية لا يمكنها النمو إلى حجم كافٍ لتحمل التقلبات العشوائية والمقصود هنا عملية الإنزياح الجيني Genetic drift
لكنها في النهاية لا يمكنها النمو إلى حجم كافٍ لتحمل التقلبات العشوائية والمقصود هنا عملية الإنزياح الجيني Genetic drift
على النقيض من ذلك
تنمو الطفرات السماوية بشكل خطي مع نصف قطر المستعمرة ولكنها تحتاج إلى وقت للنمو إلى الحجم الذي لا تقضي عليه التقلبات العشوائية (الإنزياح الجيني Genetic drift) مما يتسبب في التأخير بين حدوث الطفرات والتأثير على احتمالية فشل العلاج.
تنمو الطفرات السماوية بشكل خطي مع نصف قطر المستعمرة ولكنها تحتاج إلى وقت للنمو إلى الحجم الذي لا تقضي عليه التقلبات العشوائية (الإنزياح الجيني Genetic drift) مما يتسبب في التأخير بين حدوث الطفرات والتأثير على احتمالية فشل العلاج.
أخيرا
باستخدام
نمذجة In silico tumor modeling أثبت الفريق أن
توازن Inflation-selection balance هذا لا يتطلب سوى مجموعة قليلة من الشروط. هذه الظروف متأصلة في العديد من التجمعات الكثيفة المتوسعة شعاعيا وهي صفات موجودة في الأورام الصلبة.
باستخدام
نمذجة In silico tumor modeling أثبت الفريق أن
توازن Inflation-selection balance هذا لا يتطلب سوى مجموعة قليلة من الشروط. هذه الظروف متأصلة في العديد من التجمعات الكثيفة المتوسعة شعاعيا وهي صفات موجودة في الأورام الصلبة.
جاري تحميل الاقتراحات...