الخلايا الجذعية المكونة للدم في كيس الصفار

من الواضح أن القدرات التكاثرية والتمايزية المختلفة للخلايا الجذعية المكونة للدم تتحدد بخصائص تطورها الجيني، حيث يتغير حتى موقع المناطق الرئيسية لتكوين الدم لدى البشر أثناء التطور الجيني. تلتزم الخلايا السلفية المكونة للدم في الكيس المحي للجنين بتكوين سلالة خلوية مكونة للكريات الحمراء فقط. بعد هجرة الخلايا الجذعية المكونة للدم الأولية إلى الكبد والطحال، يتسع نطاق خطوط الالتزام في البيئة الدقيقة لهذه الأعضاء. وعلى وجه الخصوص، تكتسب الخلايا الجذعية المكونة للدم القدرة على توليد خلايا السلالة اللمفاوية. في فترة ما قبل الولادة، تصل الخلايا السلفية المكونة للدم إلى منطقة التوطين النهائي وتملأ نخاع العظم. أثناء التطور داخل الرحم، يحتوي دم الجنين على عدد كبير من الخلايا الجذعية المكونة للدم. على سبيل المثال، في الأسبوع الثالث عشر من الحمل، يصل مستوى الخلايا الجذعية المكونة للدم إلى 18% من إجمالي عدد خلايا الدم وحيدة النواة. وبعد ذلك، يتم ملاحظة انخفاض تدريجي في محتواها، ولكن حتى قبل الولادة، فإن كمية الخلايا الجذعية المكونة للدم في دم الحبل السري تختلف قليلاً عن كميتها في نخاع العظم.

وفقًا للمفاهيم التقليدية، يحدث التغيير الطبيعي في موقع تكوين الدم خلال التطور الجنيني للثدييات عن طريق الهجرة وانتقال الخلايا الجذعية متعددة القدرات المكونة للدم إلى بيئة مجهرية جديدة - من الكيس المحي إلى الكبد والطحال ونخاع العظم. وبما أن الأنسجة المكونة للدم تحتوي في المراحل المبكرة من التطور الجنيني على عدد كبير من الخلايا الجذعية، والتي تتناقص مع نمو الجنين، فإن النسيج المكون للدم في الكبد الجنيني، المعزول من المادة المجهضة في الأسبوع الخامس إلى الثامن من الحمل، يُعتبر الأكثر فعالية للحصول على الخلايا الجذعية المكونة للدم.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]، [ 4 ]، [ 5 ]، [ 6 ]

أسئلة حول أصل الخلايا الجذعية المكونة للدم

لا شك أن التكوين الجنيني لكريات الدم الحمراء ينشأ في جزر الدم في الكيس المحي. ومع ذلك، فإن قدرة الخلايا المكونة للدم في الكيس المحي على التمايز في المختبر محدودة للغاية (فهي تتمايز بشكل رئيسي إلى كريات دم حمراء). تجدر الإشارة إلى أن زراعة الخلايا الجذعية المكونة للدم في الكيس المحي لا تستطيع استعادة تكوين الدم لفترة طويلة. وقد تبين أن هذه الخلايا ليست أسلاف الخلايا الجذعية المكونة للدم البالغة. تظهر الخلايا الجذعية المكونة للدم الحقيقية في وقت مبكر، في الأسبوع الثالث والخامس من التطور داخل الرحم، في منطقة تكوين أنسجة المعدة وبطانة الأوعية الدموية (الغشاء الحشوي المجاور للأبهر، P-SP)، وكذلك في مكان الشريان الأورطي والغدد التناسلية والكلى الأولية - في منطقة الكلية المتوسطة أو ما يسمى بمنطقة AGM. لقد ثبت أن خلايا منطقة AGM مصدر ليس فقط للخلايا الجذعية المكونة للدم، بل أيضًا للخلايا البطانية للأوعية الدموية، بالإضافة إلى الخلايا الناقضة للعظم المشاركة في عمليات تكوين أنسجة العظام. في الأسبوع السادس من الحمل، تنتقل الخلايا السلفية المكونة للدم المبكرة من منطقة AGM إلى الكبد، الذي يبقى العضو الرئيسي المكون للدم للجنين حتى الولادة.

نظراً لأهمية هذه النقطة من منظور زراعة الخلايا، فإن مسألة أصل الخلايا الجذعية المكونة للدم في عملية التخلق الجنيني البشري تستحق عرضاً أكثر تفصيلاً. تستند الأفكار التقليدية القائلة بأن الخلايا الجذعية المكونة للدم لدى الثدييات والطيور تنشأ من مصدر خارج جنيني إلى دراسات ميتكالف ومور، اللذين كانا أول من استخدم أساليب استنساخ الخلايا الجذعية المكونة للدم وذريتها المعزولة من الكيس المحي. شكلت نتائج عملهما أساساً لنظرية الهجرة، التي تنص على أن الخلايا الجذعية المكونة للدم، التي ظهرت أولاً في الكيس المحي، تتكاثر بالتتابع في الأعضاء المكونة للدم المؤقتة والنهائية مع تشكل البيئة الدقيقة المقابلة فيها. وهكذا رُسِخت وجهة النظر القائلة بأن تكوين الخلايا الجذعية المكونة للدم، المتمركزة في البداية في الكيس المحي، يشكل الأساس الخلوي لعملية تكون الدم النهائية.

تنتمي الخلايا السلفية المكونة للدم في الكيس المحي إلى فئة الخلايا السلفية المكونة للدم المبكرة. يُوصف نمطها الظاهري بالصيغة AA4.1+CD34+c-kit+. بخلاف الخلايا الجذعية المكونة للدم الناضجة في نخاع العظم، لا تُعبّر هذه الخلايا عن مستضدات Sca-1 وجزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير (MHC). يبدو أن ظهور المستضدات الواسمة على الأغشية السطحية للخلايا الجذعية المكونة للدم في الكيس المحي أثناء الزراعة يتوافق مع تمايزها خلال التطور الجنيني مع تكوين خطوط خلوية مكونة للدم ملتزمة: ينخفض مستوى التعبير عن مستضدي CD34 وThy-1، ويزداد التعبير عن CD38 وCD45RA، وتظهر جزيئات HLA-DR. مع التخصص اللاحق في المختبر المُحفَّز بواسطة السيتوكينات وعوامل النمو، يبدأ التعبير عن المستضدات الخاصة بالخلايا السلفية المكونة للدم لسلالة خلوية معينة. ومع ذلك، فإن نتائج دراسة تكون الدم الجنيني لدى ممثلي ثلاث فئات من الفقاريات (البرمائيات والطيور والثدييات)، وخاصةً تحليل أصل الخلايا الجذعية المكونة للدم المسؤولة عن تكون الدم النهائي في التكوّن الجنيني بعد الولادة، تتناقض مع المفاهيم التقليدية. فقد ثبت أنه في ممثلي جميع الفئات المدروسة، تتكون منطقتان مستقلتان تنشأ فيهما الخلايا الجذعية المكونة للدم أثناء التكوّن الجنيني. تُمثل المنطقة "الكلاسيكية" خارج الجنين بالكيس المحي أو نظائره، بينما تشمل المنطقة داخل الجنين التي تم تحديدها مؤخرًا لتوطين الخلايا الجذعية المكونة للدم اللحمة المتوسطة المجاورة للأبهر ومنطقة AGM. واليوم، يمكن القول إن الخلايا الجذعية المكونة للدم النهائية في البرمائيات والطيور تنشأ من مصادر داخل الجنين، بينما لا يمكن استبعاد مشاركة الخلايا الجذعية المكونة للدم في الكيس المحي في تكون الدم النهائي في الثدييات والبشر تمامًا.

إن عملية تكوين الدم الجنينية في الكيس المحي هي في الواقع عملية تكوين كريات الدم الحمراء الأولية، والتي تتميز بالحفاظ على النواة في جميع مراحل نضج كريات الدم الحمراء وتخليق الهيموغلوبين الجنيني. ووفقًا لأحدث البيانات، تنتهي موجة تكوين كريات الدم الحمراء الأولية في الكيس المحي في اليوم الثامن من التطور الجنيني. ويلي ذلك فترة تراكم للخلايا السلفية الكريات الحمراء النهائية (BFU-E)، والتي تتكون حصريًا في الكيس المحي وتظهر لأول مرة في اليوم التاسع من الحمل. في المرحلة التالية من التخلق الجنيني، تكون الخلايا السلفية الكريات الحمراء النهائية (CFU-E)، بالإضافة إلى الخلايا البدينة وخلايا CFU-GM، قد تشكلت بالفعل. هذا هو أساس وجهة النظر القائلة بأن الخلايا السلفية النهائية تنشأ في الكيس المحي، وتهاجر مع مجرى الدم، وتستقر في الكبد، وتبدأ بسرعة المرحلة الأولى من تكون الدم داخل الجنين. ووفقًا لهذه المفاهيم، يمكن اعتبار الكيس المحي، من جهة، موقعًا لتكوين الكريات الحمراء الأولي، ومن جهة أخرى، المصدر الأول للخلايا السلفية النهائية المكونة للدم في التطور الجنيني.

لقد ثبت أن الخلايا المكونة للمستعمرات ذات القدرة التكاثرية العالية يمكن عزلها من الكيس المحي في وقت مبكر يصل إلى اليوم الثامن من الحمل، أي قبل فترة طويلة من إغلاق الجهاز الوعائي للجنين والكيس المحي. علاوة على ذلك، فإن الخلايا ذات القدرة التكاثرية العالية المأخوذة من الكيس المحي في المختبر تُشكل مستعمرات لا يختلف حجمها وتركيبها الخلوي عن المعايير المقابلة للنمو الزراعي للخلايا الجذعية لنخاع العظم. في الوقت نفسه، عند إعادة زراعة الخلايا المكونة للمستعمرات من الكيس المحي ذات القدرة التكاثرية العالية، يتم تكوين عدد أكبر بكثير من الخلايا المكونة للمستعمرات البنوية والخلايا السلفية متعددة القدرات مقارنةً باستخدام خلايا السلف المكونة للدم من نخاع العظم.

يمكن التوصل إلى استنتاج نهائي حول دور الخلايا الجذعية المكونة للدم من الكيس المحي في تكوين الدم النهائي من خلال نتائج العمل الذي حصل فيه الباحثون على سلالة من الخلايا البطانية للكيس المحي (G166)، والتي دعمت بفعالية تكاثر خلاياها ذات الخصائص الظاهرية والوظيفية للخلايا الجذعية المكونة للدم (AA4.1+WGA+، كثافة منخفضة وخصائص التصاق ضعيفة). ازداد محتوى هذه الأخيرة بأكثر من 100 ضعف عند زراعتها على طبقة مغذية من خلايا C166 لمدة 8 أيام. تم تحديد الخلايا البلعمية، والخلايا الحبيبية، والخلايا النواءية، والخلايا الأرومية، والخلايا الوحيدة، بالإضافة إلى الخلايا السلفية للخلايا اللمفاوية البائية والتائية في مستعمرات مختلطة نمت على طبقة فرعية من خلايا C166. تمتعت خلايا الكيس المحي التي نمت على طبقة فرعية من الخلايا البطانية بالقدرة على التكاثر الذاتي، وصمدت حتى ثلاث مراحل في تجارب الباحثين. رافق استعادة تكوين الدم بمساعدتها لدى الفئران الناضجة المصابة بنقص المناعة المشترك الشديد (SCID) تكوين جميع أنواع كريات الدم البيضاء، بالإضافة إلى الخلايا الليمفاوية التائية والبائية. إلا أن الباحثين استخدموا في دراساتهم خلايا الكيس المحي لجنين عمره عشرة أيام، حيث تكون الأنظمة الوعائية داخل وخارج الجنين مغلقة بالفعل، مما لا يسمح باستبعاد وجود خلايا جذعية للدم داخل الجنين بين خلايا الكيس المحي.

في الوقت نفسه، كشف تحليل إمكانات التمايز للخلايا المكونة للدم في المراحل المبكرة من التطور، المعزولة قبل توحيد الأنظمة الوعائية للكيس المحي والجنين (8-8.5 يوم من الحمل)، عن وجود أسلاف الخلايا التائية والبائية في الكيس المحي، ولكن ليس في جسم الجنين. في نظام المختبر، وبطريقة الزراعة على مرحلتين على طبقة أحادية من الخلايا الظهارية وتحت الظهارية للغدة الزعترية، تمايزت الخلايا وحيدة النواة للكيس المحي إلى خلايا لمفاوية تائية ما قبل التائية وناضجة. في ظل نفس ظروف الزراعة، ولكن على طبقة أحادية من الخلايا السدوية للكبد ونخاع العظم، تمايزت الخلايا وحيدة النواة للكيس المحي إلى خلايا لمفاوية ما قبل البائية وخلايا لمفاوية IglVT-B ناضجة.

وتشير نتائج هذه الدراسات إلى إمكانية تطور خلايا الجهاز المناعي من الأنسجة خارج الجنينية للكيس المحي، ويعتمد تكوين خطوط الخلايا التائية والبائية الأولية على عوامل البيئة الدقيقة للخلايا المكونة للدم في الجنين.

أظهر باحثون آخرون أيضًا أن الكيس المحي يحتوي على خلايا قادرة على التمايز اللمفاوي، وأن الخلايا اللمفاوية الناتجة لا تختلف في خصائصها المستضدية عن تلك الموجودة في الحيوانات الناضجة جنسيًا. وقد ثبت أن خلايا الكيس المحي لجنين عمره 8-9 أيام قادرة على استعادة تكوين الخلايا اللمفاوية في الغدة الزعترية (التيموس) مع ظهور الخلايا اللمفاوية الناضجة CD3+CD4+- وCD3+CD8+-، والتي تمتلك مجموعة مُشكّلة من مستقبلات الخلايا التائية. وبالتالي، يمكن أن تمتلئ الغدة الزعترية بخلايا ذات أصل خارج جنيني، ولكن من المستحيل استبعاد احتمال هجرة الخلايا السلفية للخلايا اللمفاوية التائية المبكرة من مصادر تكوين الخلايا اللمفاوية داخل الجنين إلى الغدة الزعترية.

في الوقت نفسه، لا يؤدي زرع خلايا الكيس المحي المكونة للدم إلى متلقين بالغين مُشعَّعين دائمًا إلى إعادة تكوين مناطق توطين أنسجة الدم المُستنزفة على المدى الطويل، كما تُشكِّل خلايا الكيس المحي في المختبر مستعمرات طحال أقل بكثير من خلايا منطقة AGM. في بعض الحالات، باستخدام خلايا الكيس المحي لجنين عمره 9 أيام، لا يزال من الممكن تحقيق إعادة تكوين أنسجة الدم على المدى الطويل (حتى 6 أشهر) في المتلقين المُشعَّعين. يعتقد الباحثون أن خلايا الكيس المحي ذات النمط الظاهري CD34+c-kit+ لا تختلف فقط عن خلايا منطقة AGM في قدرتها على إعادة تكوين أعضاء الدم المُستنزفة، بل تُعيد أيضًا تكوين الدم بشكل أكثر فعالية، حيث يحتوي الكيس المحي على ما يقرب من 37 ضعفًا منها.

تجدر الإشارة إلى أن التجارب استُخدمت فيها خلايا مكونة للدم من الكيس المحي مع مستضدات دالة للخلايا الجذعية المكونة للدم (c-kit+ و/أو CD34+ وCD38+)، والتي حُقنت مباشرةً في الكبد أو الوريد البطني لصغار فئران إناث حُقنت بالبوسلفان في اليوم الثامن عشر من الحمل. في هذه الحيوانات حديثة الولادة، قُمع تكوين نقي العظم لديها بشكل حاد بسبب القضاء على الخلايا الجذعية المكونة للدم التي يسببها البوسلفان. بعد زراعة الخلايا الجذعية المكونة للدم من الكيس المحي، اكتُشفت عناصر مُكوّنة تحتوي على دالة المتبرع - جليسروفوسفات ديهيدروجينيز - في الدم المحيطي للمتلقيات لمدة أحد عشر شهرًا. وُجد أن الخلايا الجذعية المكونة للدم في الكيس المحي تُعيد تكوين خلايا الدم اللمفاوية والنخاعية والكريات الحمر في الدم والغدة الزعترية والطحال ونخاع العظم، وأن مستوى التكاثر الخلوي كان أعلى في حالة الحقن داخل الكبد مقارنةً بالحقن الوريدي. ويعتقد الباحثون أن الخلايا الجذعية المكونة للدم في الكيس المحي للأجنة في مراحلها المبكرة (حتى 10 أيام) تتطلب تفاعلًا أوليًا مع البيئة الدقيقة المكونة للدم في الكبد لتتمكن من ملء الأعضاء المكونة للدم لدى المتلقين البالغين بنجاح. ومن المحتمل وجود مرحلة فريدة من التطور في عملية التخلق الجنيني، حيث تكتسب خلايا الكيس المحي، التي تهاجر في البداية إلى الكبد، القدرة على ملء سدى الأعضاء المكونة للدم لدى المتلقين البالغين.

في هذا الصدد، تجدر الإشارة إلى أن كيمياء خلايا الجهاز المناعي غالبًا ما تُلاحظ بعد زرع خلايا نخاع العظم لدى متلقين ناضجين تعرضوا للإشعاع - في دم الأخير، توجد خلايا النمط الظاهري للمتبرع بكميات كبيرة إلى حد ما بين الخلايا الليمفاوية البائية والتائية والحبيبية لدى المتلقي، والتي تستمر لمدة 6 أشهر على الأقل.

تُكتشف الخلايا المكونة للدم لدى الثدييات لأول مرة بالطرق المورفولوجية في اليوم السابع من التطور الجنيني، وتُمثل بجُزر مكونة للدم داخل أوعية الكيس المحي. إلا أن التمايز الطبيعي للدم في الكيس المحي يقتصر على كريات الدم الحمراء الأولية التي تحتفظ بالنوى وتُصنّع الهيموغلوبين الجنيني. ومع ذلك، كان يُعتقد تقليديًا أن الكيس المحي هو المصدر الوحيد للخلايا الجذعية المكونة للدم التي تهاجر إلى الأعضاء المكونة للدم للجنين النامي، مُوفرةً بذلك عملية تكوين الدم النهائية في الحيوانات البالغة، إذ يتزامن ظهور الخلايا الجذعية المكونة للدم في جسم الجنين مع انغلاق الأوعية الدموية للكيس المحي والجنين. ويدعم هذا الرأي بيانات تُشير إلى أن خلايا الكيس المحي، عند استنساخها في المختبر، تُنتج الخلايا المحببة والبلعميات، بينما تُنتج في الجسم الحي مستعمرات الطحال. بعد ذلك، وخلال تجارب زراعة الأعضاء، ثبت أن الخلايا المكونة للدم في الكيس المحي، والتي لا تستطيع التمايز إلا إلى كريات دم حمراء أولية في الكيس المحي نفسه، تكتسب في البيئة الدقيقة لكبد فئران حديثي الولادة والبالغين المصابين بنقص المناعة المشترك الشديد (SCID)، أو الغدة الزعترية أو المغذية السدوية المستنفدة، القدرة على إعادة تكوين الأعضاء المكونة للدم مع استعادة جميع سلالات الدم، حتى في الحيوانات البالغة المتلقية. يسمح لنا هذا، مبدئيًا، بتصنيفها كخلايا جذعية مشتقة من الدم حقيقية - أي خلايا تعمل في فترة ما بعد الولادة. يُفترض أن الكيس المحي، إلى جانب منطقة AGM، يُشكلان مصدرًا للخلايا الجذعية المكونة للدم اللازمة لتكوين الدم النهائي في الثدييات، إلا أن مساهمتهما في تطور الجهاز المكون للدم لا تزال غير واضحة. كما أن المعنى البيولوجي لوجود عضوين مكونين للدم لهما وظائف متشابهة في مرحلة التكوين الجنيني المبكر لدى الثدييات غير واضح أيضًا.

لا يزال البحث عن إجابات لهذه الأسئلة مستمرًا. في الجسم الحي، أمكن إثبات وجود خلايا تُعيد تكوين الخلايا الليمفاوية في الكيس المحي لأجنة أعمارها 8-8.5 أيام، وذلك لدى فئران مصابة بنقص المناعة المشترك الشديد (SCID) مُعرَّضة لإشعاعات دون قاتلة، وتعاني من نقص واضح في الخلايا الليمفاوية التائية والبائية. حُقِنت خلايا مُكوِّنة للدم من الكيس المحي داخل الصفاق، ومباشرةً في أنسجة الطحال والكبد. بعد 16 أسبوعًا، اكتُشِفَت خلايا ليمفاوية تائية من نوع TCR/CD34، وخلايا ليمفاوية تائية من نوع CD4+ وCD8+، وخلايا ليمفاوية بائية من نوع B-220+IgM+، مُصنَّفة بجينات مُركِّز التوافق النسيجي الكبير (MHC) المُتبرِّع، لدى الفئران المُستقبِلة. في الوقت نفسه، لم يعثر الباحثون على خلايا جذعية قادرة على استعادة الجهاز المناعي في أجسام أجنة أعمارها 8-8.5 أيام.

تتميز خلايا الكيس المحي المكونة للدم بقدرة تكاثرية عالية، وهي قادرة على التكاثر الذاتي لفترات طويلة في المختبر. يُعرّف بعض الباحثين هذه الخلايا بأنها خلايا جذعية مشتقة من خلايا الدم الحمراء بناءً على مدة تكوّن خلايا السلف الكريات الحمر الطويلة (حوالي 7 أشهر)، والتي تختلف عن خلايا السلف الكريات الحمر في نخاع العظم بفترة مرور أطول، وحجم مستعمرات أكبر، وحساسية متزايدة لعوامل النمو، وتكاثر أطول. بالإضافة إلى ذلك، في ظل الظروف المناسبة لزراعة خلايا الكيس المحي في المختبر، تتشكل أيضًا خلايا السلف اللمفاوية.

تسمح لنا البيانات المعروضة عمومًا باعتبار الكيس المحي مصدرًا للخلايا الجذعية المكونة للدم، وهو أقل التزامًا، وبالتالي يتمتع بإمكانية تكاثر أكبر من الخلايا الجذعية لنخاع العظم. ومع ذلك، وعلى الرغم من احتواء الكيس المحي على خلايا سلفية متعددة القدرات مكونة للدم تحافظ على خطوط مختلفة من التمايز المكون للدم في المختبر لفترة طويلة، فإن المعيار الوحيد لاكتمال الخلايا الجذعية المكونة للدم هو قدرتها على إعادة تكوين أعضاء الدم لدى المتلقي على المدى الطويل، والتي تكون خلاياها المكونة للدم مدمرة أو معيبة وراثيًا. وبالتالي، فإن السؤال الرئيسي هو ما إذا كانت خلايا الدم المكونة متعددة القدرات في الكيس المحي قادرة على الهجرة وتعبئة أعضاء الدم، وما إذا كان من المستحسن مراجعة الأعمال المعروفة التي تثبت قدرتها على إعادة تكوين أعضاء الدم لدى الحيوانات البالغة مع تكوين خطوط الدم الرئيسية. حُددت مصادر داخل الجنين لخلايا جذعية جرثومية محددة في أجنة الطيور في سبعينيات القرن الماضي، مما أثار حينها شكوكًا حول الأفكار السائدة حول أصلها خارج الجنين، بما في ذلك لدى فئات أخرى من الفقاريات. في السنوات الأخيرة، نُشرت منشورات حول وجود مناطق جنينية مماثلة تحتوي على خلايا جذعية جرثومية لدى الثدييات والبشر.

تجدر الإشارة مجددًا إلى أن المعرفة الأساسية في هذا المجال بالغة الأهمية لزراعة الخلايا عمليًا، إذ إنها لا تساعد فقط في تحديد المصدر المُفضّل للخلايا الجذعية المكونة للدم، بل تُساعد أيضًا في تحديد خصائص تفاعل الخلايا المُكوّنة للدم الأولية مع كائن غريب وراثيًا. من المعروف أن إدخال الخلايا الجذعية المُكوّنة للدم من كبد جنين بشري إلى جنين خروف في مرحلة تكوين الأعضاء يؤدي إلى ولادة حيوانات كيميرا، حيث يتم تحديد ما بين 3% و5% من الخلايا المُكوّنة للدم البشرية في الدم ونخاع العظم بشكل ثابت. في الوقت نفسه، لا تُغيّر الخلايا الجذعية المكونة للدم البشرية نمطها النووي، مُحافظةً على معدل تكاثر عالٍ وقدرتها على التمايز. بالإضافة إلى ذلك، لا تتعارض الخلايا الجذعية المكونة للدم المزروعة الغريبة مع الجهاز المناعي والخلايا البلعمية للكائن المُضيف، ولا تتحول إلى خلايا ورمية، مما شكّل أساسًا للتطوير المُكثّف لأساليب التصحيح داخل الرحم للأمراض الوراثية الوراثية باستخدام الخلايا الجذعية المكونة للدم أو الخلايا الجذعية الجنينية المُعدّلة وراثيًا.

ولكن في أي مرحلة من مراحل التخلق الجنيني يكون من الأنسب إجراء مثل هذا التصحيح؟ لأول مرة، تظهر الخلايا المُحددة لتكوين الدم في الثدييات فور الزرع (اليوم السادس من الحمل)، عندما لا تزال العلامات المورفولوجية للتمايز المُكون للدم والأعضاء المُفترضة المكونة للدم غائبة. في هذه المرحلة، تكون الخلايا المُشتتة لجنين الفأر قادرة على إعادة ملء الأعضاء المُكونة للدم للمُستقبلين المُشععين بتكوين كريات الدم الحمراء واللمفاويات التي تختلف عن خلايا العائل حسب نوع الهيموغلوبين أو إيزوميراز الجلسرين الفوسفاتي، على التوالي، بالإضافة إلى علامة كروموسومية إضافية (Tb) للخلايا المانحة. في الثدييات، كما هو الحال في الطيور، بالتزامن مع كيس المُح، وقبل إغلاق السرير الوعائي المشترك، تظهر الخلايا المُكونة للدم مُباشرةً في جسم الجنين في الحشوية الجنبيّة المُجاورة للأبهر. عُزلت الخلايا المكونة للدم من النمط الظاهري AA4.1+ من منطقة AGM، ووُصفت بأنها خلايا مكونة للدم متعددة القدرات تُكوّن الخلايا الليمفاوية التائية والبائية، والخلايا الحبيبية، والخلايا النواءية، والبلعميات. من الناحية الظاهرية، تُشبه هذه الخلايا السلفية متعددة القدرات الخلايا الجذعية المكونة للدم في نخاع عظم الحيوانات البالغة (CD34+c-kit+). عدد خلايا AA4.1+ متعددة القدرات بين جميع خلايا منطقة AGM صغير - إذ لا يُشكّل أكثر من 1/12 من حصتها.

في الجنين البشري، حُددت أيضًا منطقة داخل الجنين تحتوي على خلايا جذعية متماثلة مع منطقة AGM لدى الحيوانات. علاوة على ذلك، يوجد في جسم الجنين لدى البشر أكثر من 80% من الخلايا متعددة القدرات ذات القدرة التكاثرية العالية، على الرغم من وجودها أيضًا في الكيس المحي. أظهر تحليل مُفصّل لمواقعها أن مئات من هذه الخلايا تتجمع في مجموعات مُتراصة تقع بالقرب من بطانة الجدار البطني للشريان الأورطي الظهري. من الناحية الظاهرية، تكون هذه الخلايا من نوع CD34CD45+Lin. على العكس من ذلك، في الكيس المحي، وكذلك في الأعضاء المُكوّنة للدم الأخرى للجنين (الكبد ونخاع العظم)، تكون هذه الخلايا مفردة.

نتيجةً لذلك، تحتوي منطقة AGM في الجنين البشري على مجموعات من الخلايا المكونة للدم، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبطانة البطنية للشريان الأورطي الظهري. ويُلاحظ هذا الاتصال أيضًا على المستوى المناعي الكيميائي، حيث تُعبّر كلٌّ من خلايا المجموعات المكونة للدم والخلايا البطانية عن عامل نمو بطانة الأوعية الدموية، ربيطة Flt-3، ومستقبلاتها FLK-1 وSTK-1، بالإضافة إلى عامل النسخ في الخلايا الجذعية لسرطان الدم. في منطقة AGM، تُمثّل المشتقات المتوسطة بخيط كثيف من الخلايا المستديرة، يمتد على طول الشريان الأورطي الظهري بأكمله، ويُعبّر عن تيناسين سي، وهو بروتين سكري من المادة الأساسية، ويشارك بنشاط في عمليات التفاعل والهجرة بين الخلايا.

بعد زراعة الخلايا الجذعية متعددة القدرات لمنطقة AGM، تُعيد الخلايا الجذعية تكوين الدم بسرعة لدى الفئران الناضجة المُشععة، وتُوفر تكوين دم فعالًا لفترة طويلة (تصل إلى 8 أشهر). لم يجد الباحثون خلايا بهذه الخصائص في الكيس المحي. وقد أكدت نتائج هذه الدراسة بيانات دراسة أخرى، أظهرت أن منطقة AGM في الأجنة في المراحل المبكرة من النمو (10.5 يوم)، هي المصدر الوحيد للخلايا التي تُطابق تعريف الخلايا الجذعية المكونة للدم، ما يُعيد تكوين الدم النقوي واللمفاوي لدى المتلقين الناضجين المُشععين.

عُزل خط الخلايا الجذعية AGM-S3 من منطقة AGM، التي تدعم خلاياها تكوين خلايا سلفية ملتزمة (CFU-GM، BFU-E، CFU-E)، ووحدات مُكَوِّنة للمستعمرات من النوع المختلط في المزرعة. يزداد محتوى هذه الأخيرة أثناء الزراعة على طبقة فرعية مُغذِّية من خلايا خط AGM-S3 من 10 إلى 80 ضعفًا. وبالتالي، تحتوي البيئة الدقيقة لمنطقة AGM على خلايا قاعدية جذعية تدعم تكوين الدم بفعالية، لذا قد تعمل منطقة AGM نفسها كعضو مُكَوِّن للدم في الجنين - مصدرًا للخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) النهائية، أي الخلايا الجذعية المكونة للدم التي تُشكِّل النسيج المُكَوِّن للدم في الحيوان البالغ.

أظهر التنميط المناعي الموسع للتركيب الخلوي لمنطقة AGM أنها لا تحتوي فقط على خلايا مكونة للدم متعددة القدرات، بل تحتوي أيضًا على خلايا ملتزمة بالتمايز النقوي واللمفاوي (الخلايا اللمفاوية التائية والبائية). ومع ذلك، كشف التحليل الجزيئي لخلايا CD34+c-kit+ الفردية من منطقة AGM باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل عن تنشيط جينات بيتا غلوبين وميلوبيروكسيديز فقط، وليس الجينات اللمفاوية التي تُشفر تخليق CD34 وThy-1 و15. يُعد التنشيط الجزئي للجينات الخاصة بالسلالة سمةً مميزةً للمراحل التكوينية المبكرة لتكوين الخلايا الجذعية المكونة للدم والخلايا السلفية. بالنظر إلى أن عدد الخلايا السلفية الملتزمة في منطقة AGM في الجنين الذي يبلغ عمره 10 أيام أقل بمقدار 2-3 مرات من تلك الموجودة في الكبد، يمكن القول أنه في اليوم العاشر من التكوين الجنيني، تبدأ عملية تكوين الدم في منطقة AGM للتو، بينما في العضو المكون للدم الرئيسي للجنين خلال هذه الفترة، تكون خطوط تكوين الدم قد تطورت بالفعل.

في الواقع، على عكس الخلايا الجذعية المكونة للدم السابقة (9-11 يومًا) في الكيس المحي ومنطقة AGM، والتي تُعيد ملء البيئة الدقيقة المكونة للدم للمولود الجديد، ولكن ليس للكائن البالغ، فإن الخلايا السلفية المكونة للدم للكبد الجنيني الذي يتراوح عمره بين 12 و17 يومًا لم تعد بحاجة إلى بيئة دقيقة مبكرة بعد الولادة، وتملأ الأعضاء المكونة للدم لحيوان بالغ بنفس جودة حديثي الولادة. بعد زراعة الخلايا الجذعية المكونة للدم الكبدية الجنينية، كان تكوين الدم في الفئران البالغة المتلقية المُشععة ذا طابع متعدد النسائل. بالإضافة إلى ذلك، باستخدام المستعمرات المُوسومة، تبيّن أن وظيفة النسائل المُستنسخة المُطعّمة تخضع تمامًا للخلافة النسيلية التي ظهرت في نخاع العظم البالغ. وبالتالي، فإن الخلايا الجذعية المكونة للدم في الكبد الجنينية، والتي تم تصنيفها في ظل أكثر الظروف لطفًا، دون تحفيز مسبق باستخدام السيتوكينات الخارجية، تمتلك بالفعل السمات الرئيسية للخلايا الجذعية المكونة للدم البالغة: فهي لا تتطلب بيئة مبكرة بعد الجنين، وتدخل في حالة من الخمول العميق بعد الزرع، ويتم تعبئتها في تكوين استنساخي بشكل متسلسل وفقًا لنموذج الخلافة الاستنساخية.

من الواضح أنه من الضروري الخوض في ظاهرة التعاقب النسيلي بمزيد من التفصيل. تتم عملية تكوين الكريات الحمراء بواسطة الخلايا الجذعية المكونة للدم التي تتمتع بإمكانية تكاثر عالية وقدرة على التمايز إلى جميع سلالات الخلايا السلفية الملتزمة لخلايا الدم. في الكثافة الطبيعية لتكوين الدم، تكون معظم الخلايا الجذعية المكونة للدم في حالة خاملة ويتم تعبئتها للتكاثر والتمايز، وتشكل بشكل متسلسل نسائل تحل محل بعضها البعض. تسمى هذه العملية التعاقب النسيلي. تم الحصول على أدلة تجريبية على التعاقب النسيلي في نظام تكوين الدم في دراسات أجريت على الخلايا الجذعية المكونة للدم التي تميزت بنقل الجينات الفيروسية الرجعية. في الحيوانات البالغة، يتم الحفاظ على تكوين الدم بواسطة العديد من النسائل المكونة للدم التي تعمل في وقت واحد، وهي مشتقات من الخلايا الجذعية المكونة للدم. بناءً على ظاهرة التعاقب النسيلي، تم تطوير نهج إعادة التكاثر لتحديد الخلايا الجذعية المكونة للدم. وفقًا لهذا المبدأ، يتم التمييز بين الخلايا الجذعية المكونة للدم طويلة الأمد (LT-HSC)، والتي تكون قادرة على استعادة نظام الدم طوال الحياة، والخلايا الجذعية المكونة للدم قصيرة الأمد، والتي تؤدي هذه الوظيفة لفترة محدودة من الزمن.

إذا نظرنا إلى الخلايا الجذعية المكونة للدم من منظور إعادة التكاثر، فإن خصوصية الخلايا المكونة للدم في الكبد الجنيني تكمن في قدرتها على تكوين مستعمرات أكبر حجمًا بكثير من تلك الموجودة في نمو الخلايا الجذعية المكونة للدم من دم الحبل السري أو نخاع العظم، وهذا ينطبق على جميع أنواع المستعمرات. تشير هذه الحقيقة وحدها إلى قدرة تكاثرية أعلى للخلايا المكونة للدم في الكبد الجنيني. من الخصائص الفريدة للخلايا السلفية المكونة للدم في الكبد الجنيني قصر دورة الخلية مقارنةً بالمصادر الأخرى، وهو أمر بالغ الأهمية من حيث فعالية إعادة تكاثر الأعضاء المكونة للدم أثناء عملية الزرع. يشير تحليل التركيب الخلوي للمعلق المكون للدم المأخوذ من مصادر كائن حي ناضج إلى أنه في جميع مراحل التكوين الجنيني، تُمثل الخلايا النووية بشكل رئيسي بخلايا متمايزة نهائيًا، ويعتمد عددها ونمطها الظاهري على العمر التكويني لمتبرع الأنسجة المكونة للدم. على وجه الخصوص، تتكون مُعلّقات الخلايا وحيدة النواة من نخاع العظم ودم الحبل السري من أكثر من 50% من الخلايا الناضجة من السلسلة اللمفاوية، بينما يحتوي النسيج المُكوّن للدم في الكبد الجنيني على أقل من 10% من الخلايا اللمفاوية. إضافةً إلى ذلك، تُمثّل سلسلة الكريات الحمر خلايا السلالة النخاعية في الكبد الجنيني والجيني بشكل رئيسي، بينما تسود في دم الحبل السري ونخاع العظم عناصر الخلايا المحببة والبلعمية.

من المهم أيضًا أن يحتوي الكبد الجنيني على مجموعة كاملة من الخلايا الأولية المكونة للدم. ومن بين هذه الخلايا، تجدر الإشارة إلى الخلايا الكريات الحمر، والخلايا الحبيبية، والخلايا المكونة للنواة، والخلايا متعددة السلالات المكونة للمستعمرات. وتتمتع أسلافها الأكثر بدائية - LTC-IC - بالقدرة على التكاثر والتمايز في المختبر لمدة 5 أسابيع أو أكثر، كما أنها تحتفظ بنشاطها الوظيفي بعد زرعها في جسم المتلقي أثناء عمليات الزرع الخيفية وحتى الغريبة للحيوانات ناقصة المناعة.

تعود الفائدة البيولوجية لهيمنة خلايا الكريات الحمراء في الكبد الجنيني (حتى 90% من إجمالي عدد عناصر الدم) إلى الحاجة إلى تزويد حجم الدم المتزايد بسرعة للجنين النامي بكتلة كريات الدم الحمراء. في الكبد الجنيني، يتم تمثيل عملية تكوين الكريات الحمراء بواسطة سلائف الكريات الحمراء النووية بدرجات نضج متفاوتة، والتي تحتوي على الهيموغلوبين الجنيني (a2u7)، والذي يضمن امتصاصًا فعالًا للأكسجين من دم الأم، نظرًا لتقاربه العالي مع الأكسجين. يرتبط تكثيف عملية تكوين الكريات الحمراء في الكبد الجنيني بزيادة موضعية في تخليق الإريثروبويتين (EPO). تجدر الإشارة إلى أن وجود الإريثروبويتين وحده كافٍ لتحقيق القدرة على تكوين الدم للخلايا المكونة للدم في الكبد الجنيني، بينما يلزم وجود مزيج من السيتوكينات وعوامل النمو، بما في ذلك EPO وSCF وGM-CSF وIL-3، لتحفيز الخلايا الجذعية المكونة للدم في نخاع العظم ودم الحبل السري على تكوين كريات الدم الحمراء. في الوقت نفسه، لا تستجيب الخلايا السلفية المكونة للدم المبكرة المعزولة من الكبد الجنيني، والتي لا تحتوي على مستقبلات EPO، للإريثروبويتين الخارجي. لتحفيز تكوين كريات الدم الحمراء في معلق الخلايا وحيدة النواة للكبد الجنيني، يلزم وجود خلايا أكثر حساسية للإريثروبويتين ذات النمط الظاهري CD34+CD38+، والتي تعبر عن مستقبل EPO.

في الأدبيات العلمية، لا يوجد حتى الآن إجماع على تطور عملية تكوين الدم في الفترة الجنينية. ولم تُحدد الأهمية الوظيفية لوجود مصادر خارج وداخل الجنين للخلايا السلفية المكونة للدم. ومع ذلك، لا شك في أن الكبد في مرحلة التخلق الجنيني البشري هو العضو المركزي لعملية تكوين الدم، وفي الفترة من الأسبوع السادس إلى الثاني عشر من الحمل، يكون المصدر الرئيسي للخلايا الجذعية المكونة للدم التي تتواجد في الطحال والغدة الزعترية ونخاع العظم. تضمن مستقبلات GDR أداء الوظائف المقابلة في فترتي النمو قبل الولادة وبعدها.

تجدر الإشارة مجددًا إلى أن الكبد الجنيني، مقارنةً بالمصادر الأخرى، يتميز بأعلى محتوى من الخلايا الجذعية المكونة للدم. حوالي 30% من خلايا CD344 في الكبد الجنيني تحمل النمط الظاهري CD38. في الوقت نفسه، لا يتجاوز عدد الخلايا السلفية اللمفاوية (CD45+) في المراحل المبكرة من تكوين الدم في الكبد 4%. وقد ثبت أنه مع نمو الجنين، من الأسبوع السابع إلى الأسبوع السابع عشر من الحمل، يزداد عدد الخلايا اللمفاوية البائية تدريجيًا بمعدل 1.1% شهريًا، بينما ينخفض مستوى الخلايا الجذعية المكونة للدم بشكل دائم.

يعتمد النشاط الوظيفي للخلايا الجذعية المكونة للدم أيضًا على فترة التطور الجنيني لمصدرها. أظهرت دراسة نشاط تكوين المستعمرات لخلايا الكبد للأجنة البشرية في الأسابيع 6-8 و9-12 من الحمل أثناء الزراعة في وسط شبه سائل بوجود SCF وGM-CSF وIL-3 وIL-6 وEPO أن العدد الإجمالي للمستعمرات أعلى بمقدار 1.5 مرة عند زرع الخلايا الجذعية المكونة للدم للكبد الجنيني في المراحل المبكرة من التطور. في الوقت نفسه، فإن عدد خلايا السلف المكونة للنقي مثل CFU-GEMM في الكبد في الأسابيع 6-8 من التكوين الجنيني أعلى بأكثر من ثلاثة أضعاف من عددها في الأسابيع 9-12 من الحمل. بشكل عام، كان نشاط تكوين المستعمرات لخلايا الكبد المكونة للدم للأجنة في الأشهر الثلاثة الأولى من الحمل أعلى بكثير من نشاط خلايا الكبد الجنينية في الأشهر الثلاثة الثانية من الحمل.

تشير البيانات المذكورة أعلاه إلى أن الكبد الجنيني في بداية التكوين الجنيني لا يتميز فقط بزيادة محتوى الخلايا السلفية المكونة للدم المبكرة، بل تتميز أيضًا بطيف أوسع من التمايز إلى سلالات خلوية مختلفة. قد يكون لهذه السمات المتعلقة بالنشاط الوظيفي للخلايا الجذعية المكونة للدم في الكبد الجنيني أهمية سريرية معينة، إذ تسمح خصائصها النوعية بتوقع تأثير علاجي واضح عند زراعة حتى عدد قليل من الخلايا المأخوذة في المراحل المبكرة من الحمل.

مع ذلك، لا تزال مشكلة كمية الخلايا الجذعية المكونة للدم اللازمة لعملية زرع فعّالة مطروحة ومهمة. وتُبذل محاولات لحلها باستخدام الإمكانات العالية للخلايا المكونة للدم في الكبد الجنيني للتكاثر الذاتي في المختبر عند تحفيزها بالسيتوكينات وعوامل النمو. مع التروية المستمرة للخلايا الجذعية المكونة للدم في الكبد الجنيني المبكر في مفاعل حيوي، يمكن بعد يومين إلى ثلاثة أيام الحصول على كمية من الخلايا الجذعية المكونة للدم بمخرجات تفوق مستواها الأولي بخمسة عشر ضعفًا. وللمقارنة، تجدر الإشارة إلى أن تحقيق زيادة قدرها عشرين ضعفًا في مخرجات الخلايا الجذعية المكونة للدم من دم الحبل السري البشري يتطلب أسبوعين على الأقل في ظل نفس الظروف.

وهكذا، يختلف الكبد الجنيني عن مصادر الخلايا الجذعية المكونة للدم الأخرى بارتفاع نسبة كلٍّ من الخلايا السلفية المكونة للدم الملتزمة والمبكرة. في المزرعة المزوّدة بعوامل النمو، تُشكّل خلايا الكبد الجنينية ذات النمط الظاهري CD34+CD45Ra1 CD71l0W مستعمراتٍ أكثر بثلاثين مرة من خلايا دم الحبل السري المماثلة، وأكثر بتسعين مرة من الخلايا الجذعية المكونة للدم في نخاع العظم. وتتمثل أبرز الاختلافات بين المصادر المحددة في محتوى الخلايا السلفية المكونة للدم المبكرة التي تُشكّل مستعمراتٍ مختلطة - حيث تتجاوز كمية CFU-GEMM في الكبد الجنيني تلك الموجودة في دم الحبل السري ونخاع العظم بمقدار 60 و250 مرة على التوالي.

من المهم أيضًا أن أكثر من 60% من خلايا الكبد، حتى الأسبوع الثامن عشر من النمو الجنيني (فترة بدء تكون الدم في نخاع العظم)، تشارك في أداء وظيفة تكوين الدم. وبما أن الجنين البشري لا يمتلك غدة زعترية، وبالتالي خلايا زعترية، حتى الأسبوع الثالث عشر من النمو، فإن زراعة الخلايا المكونة للدم من كبد جنيني يتراوح عمره بين 6 و12 أسبوعًا من الحمل تقلل بشكل كبير من خطر حدوث تفاعل "الطعم تجاه المضيف"، ولا تتطلب اختيار متبرع متوافق نسيجيًا، إذ تُسهّل نسبيًا تحقيق التهجين الدموي.