چگونه گونهای از موش میتواند الهامبخش درمانهای ترمیمی در انسان باشد؟
مونیکا سوسا، دانشمند باتجربه بهسختی میتوانست آنچه را که میبیند، باور کند. در جعبه پلاستیکی روبهروی او در آزمایشگاه، موشی وجود داشت که چند هفته قبل نیمه فلج شده بود و پاهای عقبش پشت سرش کشیده میشد. حالا این موش با اینکه از زمان آسیبدیدگی چیزی بهجز مسکن دریافت نکرده بود، بهطور عادی جستوخیز میکرد.
این پدیده درمورد مشابه دیگری مشاهده نشده بود. پستانداران، از جوندگان کوچک گرفته تا انسانها معمولاً هرگز از آسیب جدی نخاع با دیگر جراحتهای سیستم عصبی مرکزی بهبود پیدا نمیکنند؛ اما بهنظر میرسد موش خارپشت آفریقایی این توانایی را دارد.
در سالهای اخیر، دانشمندان دریافتهاند موش خارپشت آفریقایی که در زیستگاههای خشک کشورهای آفریقایی ازجمله کنیا، سومالی و تانزانیا زندگی میکند، استعداد شگفتآوری برای ترمیم اعضای بدن خود دارد. این موجود میتواند بر آسیبهای ویرانگر پوست، قلب، کلیه و نخاع غلبه کند.
هیچکس ازجمله دانشمندان مستقر در ایالات متحده که در سال ۲۰۱۲ کشف کردند که موش خارپشت میتواند نواحی وسیعی از پوست آسیبدیده خود را بازسازی کند، انتظار چنین چیزی را نداشتند. سوسا، متخصص بازسازی اعصاب در دانشگاه پورتو در پرتغال با اشاره به توانایی قابلتوجه موش خارپشت آفریقایی برای ترمیم نخاع خود، میگوید: «شگفتزده شدیم. فلجی موشها در عرض چند هفته بهبود پیدا کرد.»
بدینترتیب، موش خارپشت آفریقایی به فهرست گونههایی میپیوندد که میتوانند بخشهای مهمی از بدن خود را بازسازی کنند.
ترمیم شکل خاصی از التیام زخم است که بافتهای ازدسترفته را با بافتهای مشابه جایگزین میکند و از ایجاد جای زخم اضافی جلوگیری میکند بهطوریکه آن قسمت از بدن بتواند عملکرد پیشین خود را بازیابی کند.
برای مثال سمندر مکزیکی ( اکسولوتل)، گورخرماهی و برخی از عروسهای دریایی میتوانند بخشهای نسبتاً بزرگ و پیچیده بدن خود را بازسازی کنند. براساس مطالعهای که سال ۲۰۲۰ منتشر شد، تمساح پوزهپهن تازه از تخم خارجشده نیز میتواند دم قطعشده خود را بازسازی کند. اما هیچیک از این جانوران ازنظر ژنتیکی به اندازه موش خارپشت آفریقایی به انسان نزدیک نیستند.
سمندر مکزیکی میتواند کل اندامهای خود را بازسازی کند.
بسیاری از پژوهشگران استدلال میکنند که این حیوانات ممکن است اسرار زیستی داشته باشند که بتواند به متحول کردن پزشکی کمک کند و به ایجاد درمانهایی برای آسیبهای تغییردهنده زندگی و بیماریهای تخریبکننده در انسان منجر شود.
اگرچه هیچ تضمینی وجود ندارد و مطالعه این حیوانات با ملاحظات اخلاقی همراه است، زیرا دانشمندان باید آنها را عمدا زخمی کنند تا نحوه پاسخ آنها را مشاهده کنند. علاوهبراین، پس از دههها پژوهش روی برخی از این حیوانات، ممکن است راهی برای ترمیم بخشهای کلیدی بدن خود پیدا نکنیم.
در ادامه داستان نحوه کشف تواناییهای ترمیمی شگفتانگیز موش خارپشت آفریقایی و اینکه آیا درنهایت میتواند به میلیونها انسان که از شرایط ناتوانکننده رنج میبرند، کمک کند، آمده است.
سال ۲۰۱۱ بود و اشلی سایفرت که در دانشگاه فلوریدا کار میکرد (اکنون در دانشگاه کنتاکی کار میکند)، به باغ دامپزشکی بازنشسته در فلوریدا رفت. دامپزشک مذکور، الیوت جاکوبسون، صاحب ساختمان دورافتادهای پر از مارهای خانگی بود. البته، سایفرت به مارها علاقهای نداشت. به او خبر رسیده بود که جاکوبسون دارای کلنی کوچکی از موشهای خارپشت آفریقایی است. جاکوبسون موشهای خارپشت خود را از فردی در باغ وحش فینیکس در دههی ۱۹۹۰ گرفته بود و از آن زمان آنها را پرورش داده بود. او ۴۰ موش داشت و همه آنها را با رضایت و خوشحالی به سایفرت داد. این حیوانات اساس کلنی پژوهشی را تشکیل دادند که سایفرت از آن زمان درحال مطالعهی آنها بوده است.
سایفرت قبلاً با شنیدن صحبتهای یکی از همکارانش متوجه شده بود که موشهای خارپشت آفریقایی تواناییهای خیرهکنندهای دارند. گزارشهایی در مجلات دانشگاهی درمورد گونه جدیدی از موش در آفریقا که گاهی بهطور ناگهانی پوست خود را میاندازد، منتشر شده بود. سایفرت به این فکر کرد که آیا موشی که میتواند چنین کاری را انجام دهد، ممکن است تواناییهای قابلتوجهی درزمینه ترمیم نیز داشته باشد؟
اولین برخورد سایفرت با موشهای خارپشت آفریقایی در کنیا و طی سفری پژوهشی بود. او در آنجا موفق شد تعدادی از آنها را به دام بیندازد. سایفرت که قبلا با این حیوانات کار نکرده بود، خیلی زود متوجه شد که حتی چنگ زدن ملایم موجب میشود پوست آنها که پوشیده از موهای محکم و خارمانند است، بیفتد. او با مشاهده نحوه واکنش آنها به این اتفاق و نحوه بهبودی آنها زمانی که او در آزمایشهای کنترلشده سوراخهای کوچکی در پوست گوششان ایجاد کرد، متوجه اتفاقی باورنکردنی شد. موشهای خارپشت آفریقایی چنین آسیبهایی را ترمیم کردند. بریدگیهای گوش آنها فقط با تشکیل تکهای از بافت زخم بهبود نیافت، بلکه بافت جدید با فولیکولهای مو، چربی و غضروف کامل شد.
سایفرت که نمونههایی از پوست موشها را برای تجزیهوتحلیل در آزمایشگاه جمعآوری کرد، به خاطر میآورد که: «وقتی زیر میکروسکوپ دیدم موهای جدید دوباره درآمدهاند، شوکه شدم.» سایفرت و همکارانش طی همان مطالعه همچنین دریافتند که پوست موشهای خارپشت آفریقایی بهطور غیرطبیعی ضعیف است. طبق محاسبات آنها، پوست موش معمولی (جنس mus) ۲۰ برابر قویتر از پوست موش خارپشت آفریقایی است. پژوهشگران نتایج پژوهش خود را در سال ۲۰۱۲ منتشر کردند.
سایفرت که درمورد توانایی ترمیم موش آگاه شده بود، برنامههایی برای مطالعه بیشتر آن طرحریزی کرد و بهزودی با استفاده از کلنی که از جاکوبسون در فلوریدا گرفته بود، مطالعات خود را آغاز کرد.
پس از کشف سایفرت، چندین پژوهشگر دیگر نیز روی موشهای خارپشت آفریقایی مطالعاتی انجام دادهاند. برای مثال، مقالهای که سال گذشته منتشر شد، توضیح داد که چگونه این جوندگان میتوانند از جراحات جدی کلیه که در گونههای دیگر موش موجب نارسایی کامل این ارگان میشود، بهبود پیدا کنند.
دانشمندان تصور میکنند موشهای خارپشت به گونهای تکامل پیدا کردهاند تا برای فرار از شکارچیانی که قصد گرفتن آنها را دارند، پوست خود را بیندازند. اما دلایل دیگری نیز ممکن است وجود داشته باشد که چرا ترمیم ممکن است در طبیعت به آنها کمک کند. برای مثال، این توانایی شاید به آنها کمک میکند تا بتوانند انگلهای زیادی را تحمل کنند.
دلیل آن هرچه که باشد، شگفتانگیز است که در شرایطی که پستانداران به ندرت این توانایی را دارند، موشهای خارپشت این توانایی را تکامل دادهاند. اگرچه در پژوهشی که هنوز منتشر نشده است، سایفرت اخیراً متوجه شد ظاهراً موشهای مو برسی نیز دارای چنین تواناییهایی هستند.
از سال ۲۰۱۲، دانشمندان متعددی براساس کار سایفرت مطالعاتی انجام دادهاند. نتایج آنها همچنان سایفرت را شگفتزده میکند. او میگوید مقاله سوسا و همکارانش درمورد ترمیم نخاع جالبتوجه بود. در آن مطالعه، پژوهشگران نخاع حدود ۱۰ موش خارپشت آفریقایی را قطع کردند ولی همه آنها به جز سه موش، تحرک کامل خود را به دست آوردند و موشها حتی زمانی که نخاع آنها برای بار دوم قطع شد، این کار را انجام دادند. سایفرت میگوید: «بسیار تعجب کردم، زیرا نمیتوانستم باور کنم که آنها پس از قطعشدگی کامل بهبود پیدا کردند.»
البته باید به این موضوع توجه داشت که ترمیم برش تمیز حاصل از رویه جراحی ممکن است نسبتبه جراحتی که در طبیعت رخ میدهد، راحتتر باشد، زیرا درمورد دوم ترمیم آسیب وارده به نخاع و بافتهای اطراف ممکن است دشوار باشد. اگرچه این واقعیت که آکسونهای موشها (کابل اتصالدهنده سلولهای عصبی آنها) بهنظر میرسید ترمیم میشود، قابلتوجه است.
سوسا نیز مانند سایفرت بهطور تصادفی درمورد موشهای خارپشت شنید. پژوهشگری در دانشگاه پورتو بهطور اتفاقی تواناییهای ترمیمکنندگی آنها را توصیف کرد و گفت یک کلنی از این موشها در دانشگاه الگاروه در حدود ۵۵۰ کیلومتری در سواحل جنوبی پرتغال وجود دارد. سوسا دانشجویانی را برای بررسی به آنجا فرستاد. آنها با کسب اجازه چند برش ناقص در نخاع موشها ایجاد کردند اما وقتی برای بررسی آنها برگشتند، بهسختی میتوانستند بگویند کدام موشها مجروح شده بودند زیرا بافتهای آنها بهخوبی ترمیم شده بود.
آزمایشهایی که در اینجا توصیف شدند، بهوضوح بسیار تهاجمی هستند و برخی افراد اخلاقیات این نوع پژوهشها را زیر سؤال میبرند؛ خصوصا با توجه به این موضوع که موشهای غیرخارپشت در مطالعه سوسا از آسیبهای نخاعی مشابه بهبود پیدا نکردند.
وقتی دانشمندان در کشورهایی نظیر پرتغال یا ایالات متحده چنین آزمایشهایی را انجام میدهند، باید تأیید کمیته اخلاق را بگیرند. سوسا میگوید همه موشها مسکن دریافت کردند و بهزیستی عمومی آنها در هر مرحله از آزمایش مورد توجه قرار گرفت. او توضیح میدهد، گاهی اوقات مردم فکر میکنند دانشمندان با اینکه میتوانند از روشهای دیگر استفاده کنند، ترجیح میدهند روی حیوانات آزمایش کنند اما این درست نیست. در این مورد خاص، پیچیدگی نخاع هنوز توسط هیچ کشت سلولی یا مدل دیگری قابل بازآفرینی نیست. پژوهشگرانی که روی موشهای خارپشت زنده آزمایش کردهاند، میگویند امیدوار هستند کشتهای سلولی ایجاد شود تا بهجای آزمایش روی حیوانات زنده از آن کشتها برای آزمایشهای خود استفاده کنند.
یکی از توجیههایی که دانشمندان اغلب برای انجام چنین رویههایی ارائه میکنند، این است که چنین کاری میتواند منجر به توسعه داروهای تغییردهنده زندگی یا درمانهای دیگر برای میلیونها نفر شود. بااینحال، هرگز از ابتدا مشخص نیست که قطعاً به این هدف دست پیدا خواهیم کرد، بنابراین باید سوابقی را درنظر گرفت که میتوانند نشان دهند که چگونه مطالعه ترمیم در حیوانات میتواند موجب پیشرفتهای پزشکی شود.
بیشتر مطالعات این حوزه بسیار جوان هستند. دانشمندان هنوز در تلاش هستند تا مکانیسمهای سلولی پشتصحنه ترمیم را در گونههای مختلف تأیید کنند. اگرچه با همین مطالعات نیز به بینشهای مهمی دست پیدا کردهایم. برای مثال، رتینوئیدها را درنظر بگیرید.
رتینوئیدها موادی مانند رتینول و رتینوئیک اسید هستند که حیوانات و ازجمله انسانها آنها را به کمک ویتامین A میسازند. رتینوئیدها به برخی حیوانات کمک میکنند تا کارهای شگفتانگیزی انجام دهند. برای مثال خیار دریایی میتواند رودههای خود را بازسازی کند و مطالعهای در سال ۲۰۱۹ نشان داد رتینوئیک اسید در این فرایند پیچیده نقش دارد. این ترکیب همچنین بهنظر میرسد به گورخرماهی کمک میکند تا بالههای خود را بازسازی کند.
رتینوئیدها دهها سال است که مورد مطالعه قرار دارند و در درمانهای پزشکی برای بیماریهای پوستی مختلف ازجمله پسوریازیس استفاده میشوند. بسیاری از دانشمندان خصوصا با اشاره به نقش ترمیمی آنها در برخی از جانوران میگویند هنوز نادانستههای زیادی درمورد رتینوئیدها وجود دارد.
سلولهای جزایر پانکراس را درنظر بگیرید. این سلولها توسط سیستم ایمنی افراد مبتلا به دیابت نوع یک مورد حمله قرار میگیرند و این امر موجب میشود آنها انسولین کافی تولید نکنند. پزشکان در یکی دو دههی اخیر، در پیوند سلولهای جزیرهای اهداکنندگان متوفی به افراد مبتلا به دیابت نوع یک موفقیتهایی کسب کردهاند. اما پژوهش روی موشهای (غیرخارپشت) نشان میدهد که پزشکان ممکن است بتوانند روزی فرایندهای درون پانکراس را تحریک کنند تا این سلولها را بازتولید کنند. بااینحال، هرگز مشخص نیست که آیا رویکردی که در موشها موفقیتآمیز است، به همان اندازه در انسانها نیز کارآمد خواهد بود.
موش خارپشت آفریقایی بهعنوان مکانیسم فرار پوست خود را میاندازد، اما میتواند آسیبهای وارده به اعضا و نخاع خود را نیز ترمیم کند.
راههای دیگری نیز وجود دارد که در آن حیوانات دارای توانایی بازسازی به پژوهشهای پزشکی کمک میکنند. براساس مقالهای که سال ۲۰۱۹ منتشر شد، از لارو گورخرماهی میتوان برای کمک به آزمایش داروهای طراحیشده برای درمان آسیبهای نخاعی استفاده کرد. لارو گورخرماهی میتواند مانند موشهای خارپشت طناب نخاعی خود را بازسازی کند.
جانی کیم از مؤسسه تحقیقات قلب و ریه ماکس پلانک میگوید: «ارگانیسمهایی وجود دارند که میتوانند بهخوبی بدن خود را بازسازی کنند و این کاری شگفتآور است.» بااینحال، او میگوید از نمونهای از درمانهای پزشکی برای بیماریهای قلبی (که تمرکز پژوهشهای خودش است) خبر ندارد که حاصل مطالعه مستقیم مکانیسمهای ترمیمی در حیوانات باشد. او میگوید: «نظر شخصی من بهعنوان دانشمند علوم طبیعی این است که درک اصول طبیعت و زیستشناسی ارگانیسمهای دیگر بسیار مهم است و ممکن است در مواردی بتواند به پیشرفتهای قابلتوجه در پزشکی منجر شود.»
پنی هاوکینز، رئیس بخش حیوانات در گروه علوم انجمن سلطنتی جلوگیری از ظلم به حیوانات، به تهاجمی بودن برخی از آزمایشها روی موشهای خارپشت اشاره میکند اما همچنین میگوید آنها درنهایت میتوانند پزشکی را متحول کنند. او میگوید نهادهای تأمینکننده بودجه و مؤسسههای پژوهشی باید تأثیر واقعی چنین پژوهشهایی را به دقت ارزیابی کنند تا آسیب به حیوانات را به حداقل برسانند. هاوکینز میگوید: «گاهیاوقات میتوانید چنین پژوهشیهایی را پیدا کنید که چندین دهه است ادامه دارد. این یک مسئله اخلاقی است؛ در چه مرحلهای به این نتیجه میرسید که این رویکرد ما را به جایی نمیرساند؟»
مت مورگان، پزشک مراقبتهای ویژه در بیمارستان دانشگاه ولز میگوید توجیه دانشمندان برای انجام آزمایشهای تهاجمی روی حیوانات باید ارزیابی شود. او میگوید هرجا که بتوانند از جایگزینها، کشتهای سلولی یا شبیهسازی استفاده کنند، همیشه مطلوب است. اما دلایل خوبی برای بررسی فرایندها درون طبیعت به امید ایجاد تحول در پزشکی وجود دارد.
کیم برخی از پژوهشهایی را که تاکنون با استفاده از موشهای خارپشت آفریقایی انجام شده است، تحسین میکند. او درمورد مقالهای که سال گذشته منتشر شد و نشان میداد این جوندگان میتوانند پس از حمله قلبی بخشی از بافت قلب خود را بازسازی کنند، میگوید: «کیفیت کار عالی است.»
مطالعه مذکور توسط کرستین بارتشرر از مؤسسه زیستشناسی تکوینی و تحقیقات سلولهای بنیادی هابرخت هلند و همکارانش انجام شده بود. آنها ازطریق رویه جراحی، شریانهای موشها را به شکل مصنوعی مسدود کردند. همه حیوانات مسکن دریافت کردند و بهدقت تحتنظر قرار گرفتند. انسداد منجر به حملات قلبی و تشکیل بافت زخم در موشهای خارپشت آفریقایی و موشهای معمولی شد. اما اگرچه فعالیت پمپاژ قلب در موشهای خارپشت آفریقایی کاهش پیدا کرد، وضعیت آنها با گذشت زمان بهتر شد، درحالیکه وضعیت موشهای معمولی رو به وخامت گذاشت.
پژوهشگران با بررسی قلب موشهای خارپشت آفریقایی، دریافتند که درحالیکه این ارگانها واقعا بازسازی نشده بودند، بافت زخمی که در قلب آنها تشکیل شده بود، حاوی عروق خونی بزرگ پر از خون بود که غیرعادی است و چیزی نیست که پس از چنین رویدادی در قلب انسان رخ میدهد. بارتشرر میگوید حیوانات همچنین پس از آن نسبتاً سالم بهنظر میرسیدند و مانند حالت عادی جستوخیز میکردند. او میافزاید: «سؤال این است که چرا موشهای خارپشت ویژگیهای بافت زخم متفاوتی دارند و چرا عروق خونی جدیدی میسازند؟»
دانشمندانی که موشهای خارپشت را مطالعه میکنند، مشتاق دانستن این موضوع هستند چه مکانیسمهایی در بدن آنها موجب میشود تا بتوانند بافتهای متفاوت را ترمیم یا بازسازی کنند.
مطالعات پژوهشگرانی مانند چلسی سیمونز در دانشگاه فلوریدا نشان میدهد سیستم ایمنی این موشها کمی متفاوت از سیستم ایمنی ما عمل میکند و آنها میتوانند فوران التهابی را که پس از آسیبی جدی رخ میدهد، تعدیل یا متوقف کنند. این امر ممکن است به بافتها اجازه دهد تا مجدداً رشد کنند.
سیمونز خاطرنشان میکند که در موشهای خارپشت، بهنظر میرسد زخمها با سرعت زیادی التیام پیدا کنند و بههمیندلیل، است که آنها بافت زخم زیادی ایجاد نمیکنند و درعوض بخشهای بدن خود را بازسازی میکنند.
اینکه دقیقاً چه چیزی این مسئله را امکانپذیر میکند، هنوز مشخص نیست، اگرچه سیمونز و سایفرت میگویند که ممکن است ماکروفاژها نقش داشته باشند. ماکروفاژها سلولهایی هستند که باکتریهای درون بدن را میبلعند و همچنین به کنترل پاسخ ایمنی دربرابر بافتهای آسیبدیده کمک میکنند.
برخلاف انسانها و بسیاری از حیوانات دیگر، وقتی موشهای خارپشت آفریقایی آسیب میبینند، بهنظر میرسد فقط انواع خاصی از ماکروفاژها را به کار میگیرند که بدون ایجاد التهاب اضافی و تشکیل بافت زخم به التیام زخم کمک میکنند. سایفرت توضیح میدهد: «ماکروفاژها سازماندهندهی اصلی افزایش و کاهش التهاب هستند. آنها در طول دوره التهاب مانند راهنما عمل میکنند.»
اگرچه عوامل دیگری نیز ممکن است در این مسئله نقش داشته باشد. سوسا و همکارانش دریافتند که بهنظر میرسد آنزیم خاصی در بازسازی طناب نخاعی در موشهای خارپشت آفریقایی نقش داشته باشد؛ اما هنوز نمیدانند کدام سلول یا سلولها آن را بیان میکنند.
کنار هم قرار دادن این پازلهای پیچیده گام مهم بعدی در مسیر ایجاد درمانهایی برای انسانها با الهام از موشهای خارپشت آفریقایی است. اما اینکه این نوع آزمایشها درنهایت موفقیتآمیز خواهد بود یا نه، با گذشت زمان مشخص میشود.
خیارهای دریایی رودههای خود را بازسازی میکنند.
تبلیغات رسانهای پیرامون پژوهشهای مقدماتی روی حیوانات اغلب موجب عصبانیت دانشمندان میشود. حتی حساب توییتری (@justsaysinmice) وجود دارد که توسط پژوهشگر سابق دانشگاه نورتایسترن ایجاد شده است و به این موضوع می پردازد که مقالاتی که در مطبوعات منتشر میشوند، غالباً به روشنی نشان نمیدهند که اثربخشی درمانهای بالقوه تاکنون فقط روی موشها اثبات شده و نه انسانها. سایفرت اذغان میکند: «سخت است که بدانیم آیا عموم مردم آماده درک این مسئله هستند که پیشرفت علم گاهی چقدر آهسته است یا نه.»
مطالعهی مروری در سال ۲۰۱۸ نشان داد که مطالعات درزمینهی بازسازی در گونههای غیرانسان پیشرفت زیادی داشته است، اما هنوز با تحقق درمانهای پزشکی مبتنیبر این مطالعات فاصله زیادی داریم.
سیمونز استدلال میکند، اگرچه راه بهسوی داروها یا درمانهای انقلابی الهامگرفته توسط مطالعات انجامشده روی موشهای خارپشت آفریقایی ممکن است طولانی و غیرقطعی باشند، احتمال پیدا کردن درمانهای تغییردهنده زندگی چنان قابلتوجه است که نمیتوان از آن چشمپوشی کرد. او توضیح میدهد که وقتی کم سن و سال بود، خواهرش مبتلا به بیماری ارثی مزمنی تشخیص داده شد و خود سیمونز تحت غربالگریهای متعددی قرار گرفت تا مشخص شود که آیا او نیز به آن بیماری مبتلا است. او میگوید: «این اتفاق دیدگاه من را درمورد زیستپزشکی (بهعنوان کودکی هشت ساله) شکل داد.»
درنهایت، امید به نجات یا بهبود چشمگیر زندگی میلیونها نفر همیشه عاملی قوی باقی میماند. حین قدم زدن در مسیری که درنهایت ممکن است ما را به آنجا برساند، موارد شگفتانگیزی درمورد زیستشناسی موش خارپشت کشف کردهایم. سایفرت میگوید: «چیزی در سطح سلولی اتفاق میافتد که به هریک از این اندامها یا بافتهای مختلف توانایی واکنشهای قابلتوجهی را میدهد. این شگفتآور است.»