به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فیبروز ریوی یک بیماری ریوی جدی و مادام العمر است. زیرا این بیماری باعث ایجاد اسکار در ریه می شود (بافت‌ها به مرور زمان زخم  و ضخیم می شوند) و همین اتفاق تنفس را سخت تر می‌کند. این علائم ممکن است به سرعت ظاهر شوند یا سال‌ها طول بکشد تا ایجاد شوند. برای این بیماری هنوز هیچ درمانی وجود ندارد و داروهای موجود تنها ممکن است اسکار را کاهش دهند و به حفظ عملکرد ریه کمک کنند. در حال حاضر برای درمان فیبروز ریوی، تنها دو داروی ضد فیبروتیک تایید شده توسط سازمان غذا و دارو وجود دارد. اگرچه هر دو دارو پیشرفت بیماری را کند می‌کنند، اما هیچ‌یک از درمان‌ها نمی‌توانند آسیب ریه را به طور کامل متوقف یا معکوس کنند، که این امر خود نیاز به درمان‌های جدید را برجسته کند. یک مطالعه اخیراً منتشر شده در Nature Communications نشان می‌دهد که گلیکوژن می‌تواند یک هدف درمانی مهم باشد.

رویکردهای جدید برای آنالیز تک سلولی

در دهه گذشته، توالی یابی RNA تک سلولی (scRNAseq) به یک راه حل مناسب برای تجزیه و تحلیل ناهمگنی سلولی و تفاوت‌های بیان خاص سلول تبدیل شد. روش‌های محاسباتی جدید توسعه‌یافته راه‌حلی برای چالش‌های تجزیه و تحلیل داده‌های scRNAseq ارائه می‌دهند که بینش بیولوژیکی قبلاً غیرقابل دسترس را در سطوح بی‌سابقه‌ای از جزئیات ارائه می‌کنند. ترجمه ژنوتیپ به فنوتیپ با وضوح تقریباً تک سلولی، یک نوآوری در تکنیک‌های علوم زیستی نسل بعدی است. بنابراین پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های توالی‌یابی RNA که امکان تجزیه و تحلیل دقیق یک سلول منفرد جدا شده از بافت میزبان را فراهم می‌کند، و این موضوع پیشرفت بزرگی در دستیابی به این هدف است. روش scRNAseq به محققان این امکان را داده است که ناهمگنی سلولی پیچیده را از بافت‌های بیمار و سالم مطالعه کنند، جمعیت‌های سلولی پیچیده و کمیاب را آشکار کنند، در حالی که روابط نظارتی را کشف کرده و دودمان سلولی متمایز را در طول تکوین نیز ردیابی کنند. رویکردهای تک سلولی کنونی شامل روش‌های مبتنی بر جداسازی سلولی است که بر ویژگی‌های مولکولی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و متابولیت‌ها متمرکز هستند. برای این منظور، فناوری‌های فضایی مبتنی بر مکان شروع به ظهور کرده‌اند که می‌توانند در مناطق تشریحی نقشه‌برداری شوند و شکاف بین ژنوتیپ تا تجزیه و تحلیل فنوتیپ را پر کنند.

بیماری‌های بینابینی ریه (ILD)و دلایل ایجاد آن

بیشتر مردم تنفس را بدیهی می‌دانند، اما بیماران مبتلا به بیماری‌های بینابینی ریه (ILD) هر بار که برای نفس کشیدن تلاش می‌کنند اهمیت آن را به یاد می‌آورند. بسیاری از بیماران مبتلا به ILD دچار فیبروز ریوی می‌شوند که به تدریج در ریه‌ها زخم ایجاد می‌شود. این فرآیند پیشرونده و کشنده ناشی از تولید و رسوب بیش از حد ماتریکس خارج سلولی توسط فیبروبلاست‌ها و میوفیبروبلاست‌های ریه است که در آن کلاژن، الاستین و گلیکان‌های متصل به N اجزای اصلی ماتریکس هستند. در نهایت، فیبروز ریوی منجر به ضخیم شدن دیواره‌های آلوئولی می‌شود، که جذب اکسیژن را محدود می‌کند و باعث مشکل در تنفس می‌شود. ILD های مبتلا به فیبروز ریوی می‌توانند ناشی از جهش‌های ژنتیکی، یک بیماری زمینه ای، یا قرار گرفتن در معرض محیط با میکروب ها، دود یا تشعشع باشند. اگر پزشکان نتوانند علت فیبروز را پیدا کنند، بیمار را مبتلا به فیبروز ریوی ایدیوپاتیک (IPF) تشخیص می‌دهند.

ارتباط میان نواحی فیبروتیک ریه با متابولیسم کربوهیدرات‌ها

رامون سان، بیوشیمیدان دانشگاه فلوریدا و نویسنده مقاله، که اکنون مسیرهای متابولیک درگیر در بیماری‌هایی مانند بیماری آلزایمر، سارکوم و سرطان ریه را مطالعه می‌کند. وقتی همه‌گیری کووید رخ داد، تحقیقات غیرضروری را تعطیل کرد، سان فرصتی برای مطالعه تغییرات متابولیکی که در طول این بیماری عفونی رخ می‌دهد را بررسی کرد و یادآور شد: "ما در واقع تعدادی ریه کووید-19 از فردی گرفتیم که در نهایت درگذشت. بنابراین ما ابزاری برای تحقیقات بیولوژیکی روی این موضوع داشتیم. با توجه به این موضوع که متابولیسم کربوهیدرات‌های پیچیده در بسیاری از اختلالات انسانی، از جمله تخریب عصبی و برخی سرطان‌ها نامنظم است، اما دانشمندان نمی‌دانستند که آیا این متابولیسم در بیماران مبتلا به کووید غیر طبیعی است یا خیر. سان و تیم تحقیقاتی‌اش ابتدا بخش‌های بافت ریه را با استفاده از تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی (MALDI-MSI) به کمک ماتریکس واجذب/یونیزاسیون لیزری، که فراوانی متابولیت‌ها را در پیکسل‌های جداگانه اندازه‌گیری می‌کرد، اسکن کردند. آنها سپس از تکنیکی به نام کاهش ابعاد بالا و خوشه‌بندی فضایی (HDR-SC) برای مرتب‌سازی پیکسل‌هایی با سطوح متابولیت مشابه در خوشه‌ها استفاده کردند. با مقایسه مکان خوشه‌ها با مناطق پاتولوژیک ریه، محققان مشاهده کردند که سه خوشه دقیقاً با نواحی فیبروتیک اولیه، میانی و پایانی ریه‌های آلوده به SARS-CoV-2 مطابقت دارند، که نشان می‌دهد متابولیسم کربوهیدرات پیچیده در این زمینه‌ها نابهنجار است. برای بررسی بیشتر این ناهنجاری، آنها فراوانی کربوهیدرات‌های پیچیده را تجزیه و تحلیل کردند و کشف کردند که گلیکان‌ها و گلیکوژن مرتبط با N در نواحی فیبروتیک ریه‌ها انباشته شده‌اند. از آنجایی که بیماران مبتلا بهIPF ، فیبروز ریه نیز دارند، سان به این فکر کرد که آیا متابولیسم کربوهیدرات پیچیده نیز در این شرایط تغییر می‌کند یا خیر. با استفاده از MALDI-MSI، آنها مشاهده کردند که نواحی غنی از گلیکان مرتبط با گلیکوژن و N با نواحی فیبروتیک مطابقت دارد، که این خود نشان می‌دهد این علامت کربوهیدرات می‌تواند به پزشکان در شناسایی فیبروز کمک کند. رامون سان و همکارانش تصاویر طیف سنجی جرمی MALDI مانند این را به دست آوردند که فراوانی گلوکز 6-فسفات را در مدل موش دستکاری شده ژنتیکی سرطان ریه نشان می‌دهد.

ارتباط متابولیسم گلیکوژن با تشکیل اسکار

محققان در ادامه این سوال را مطرح کردند که آیا متابولیسم گلیکوژن مستقیماً در تشکیل اسکار نقش دارد، زیرا تجزیه گلیکوژن در لیزوزوم‌های میوفیبروبلاست می‌تواند سلول‌ها را با بسترهایی برای تولید و رسوب گلیکان مرتبط با N تأمین کند. آن‌ها از مدل‌های موشی استفاده کردند که فاقد آنزیم‌های مورد نیاز برای کاتابولیسم گلیکوژن بودند و از طریق تجویز داخل تراشه بلئومایسین، آنتی‌بیوتیکی که برای درمان سرطان استفاده می‌شد، باعث آسیب ریه ‌شدندتا التهابی ایجاد کنند که بعداً به فیبروز تبدیل شود. در ادامه از طریق تجزیه و تحلیل MALDI-MSI، محققان رسوب و فیبروز کمتر گلیکان مرتبط با N را در ریه‌های موش‌ها دریافتند که قادر به تجزیه گلیکوژن نیستند، که نشان می‌دهد تخریب گلیکوژن برای توسعه فیبروز ریوی مهم است. نیکلاس بانوویچ، دانشمند ژنومیک در این باره می‌گوید: «من فکر می‌کنم توانایی مشاهده سیگنال‌ها در یک بافت و یافتن این رویدادهای هماهنگ در سراسر ناحیه بافت و مقایسه آنها در یک بیماری، مانند فیبروز ریوی که در آن چنین ناهمگونی منطقه ای دارید، بسیار کار قدرتمندی بوده است. مؤسسه تحقیقاتی ژنومیک ترجمه، که در این مطالعه شرکت نداشت. من مشتاقم این نویسندگان، و همچنین سایر نویسندگان در این زمینه، به توسعه این رویکردهای طیف‌سنجی جرمی تصویربرداری ادامه دهند.

تغییر روش درمان و تشخیص فیبروز ریوی

Sun خوشبین است که این تحقیق می‌تواند روش درمان و تشخیص فیبروز ریوی توسط پزشکان را تغییر دهد. تیم او قصد دارد بازدارنده‌هایی را پیدا کند که سنتز و تجزیه گلیکوژن را هدف قرار می‌دهد تا به درمان‌های فیبروز ریوی تبدیل شود. او همچنین قصد دارد یک پروتکل مبتنی بر متابولومیک فضایی ایجاد کند که می‌تواند به پزشکان در تشخیص فیبروز ریوی کمک کند و با اشاره به مناطقی که می‌تواند مورد علاقه باشد، ساعت‌ها صرفه‌جویی ‌کند. علاوه بر این، Sun امیدوار است که این مقاله الهام بخش دیگر محققان باشد تا از تکنیک‌های متابولومیک فضایی در آزمایشگاه‌های خود استفاده کنند. سان گفت: این ابزارها برای تحقیقات بیولوژیکی آماده هستند.

پایان مطلب/.