ابتكر علماء الأحياء الجزيئية في اليابان نهجًا يسمح بتحويل الخلايا الجذعية الجلدية إلى مستشعرات حيوية حية تصدر ضوءًا عند حدوث الالتهاب، أو استجابة لإشارات أخرى مهمة للأطباء.
وذكر المكتب الإعلامي لجامعة «طوكيو» أن هذا النهج سيساعد في مراقبة العديد من العمليات الحيوية في الجسم دون الحاجة إلى تدخل جراحي.
ويشير العلماء إلى أن الأطباء وعلماء الأحياء عادة ما يقيسون مؤشرات حيوية مختلفة للتوتر أو الالتهاب، أو يحددون مؤشرات تطور الأمراض، من خلال جمع عينات دم دورية، أو إدخال مستشعرات صناعية في مجرى الدم، والتي لا يمكن الاحتفاظ بها داخل الجسم إلا لفترة محدودة، ما يعيق المراقبة طويلة الأمد خارج المختبرات والمؤسسات الطبية، ولتجاوز هذه المشكلة، استخدم فريق العلماء اليابانيين الخلايا الجذعية الكيراتينية، وهي أحد مكونات نسيج الجلد التي تتجدد باستمرار طوال حياة الإنسان والحيوان. وقد لاحظ الباحثون أن هذه الخلايا شديدة الحساسية للإشارات الخارجية، مما دفع الفريق إلى التفكير في تحويلها إلى مستشعرات حيوية حية.
واستنادًا إلى هذه الفكرة، استخلص الباحثون خلايا جذعية جلدية من فئران المختبر، وعدلوا جيناتها لتنتج جزيئات بروتين فلوري أخضر عند ظهور عامل نخر الورم ألفا (TNF-?)، وهو مؤشر مرتبط بالالتهاب، في الوسط المحيط، وبعد تكاثر هذه الخلايا، أعاد الباحثون حقنها في القوارض، وراقبوا استجابتها لمؤشر الالتهاب الحيوي، وأظهرت المتابعة أن جلد الفئران ينتج إضاءة ملحوظة حتى عند تركيز منخفض جدًا من TNF-? لا يتجاوز 0.2 نانوغرام لكل ملليلتر، ويظل المستشعر فعالًا لأكثر من 200 يوم من المراقبة.
وخلص الباحثون إلى أن هذا الأسلوب قد يسمح بتتبع تطور الالتهاب المزمن، وقياس مؤشرات حيوية صحية أخرى مهمة لدى البشر والحيوانات على حد سواء.
Molecular biologists in Japan have developed an approach that allows for the conversion of skin stem cells into living biosensors that emit light in response to inflammation or other signals important to doctors.
The media office of the University of Tokyo stated that this approach will help monitor many vital processes in the body without the need for surgical intervention.
Scientists point out that doctors and biologists typically measure various biomarkers for stress or inflammation, or identify indicators of disease progression, by collecting periodic blood samples or inserting artificial sensors into the bloodstream, which can only be retained in the body for a limited time, hindering long-term monitoring outside laboratories and medical institutions. To overcome this issue, the team of Japanese scientists utilized keratinocyte stem cells, which are one of the components of skin tissue that continuously renew throughout the life of humans and animals. The researchers observed that these cells are highly sensitive to external signals, prompting the team to consider transforming them into living biosensors.
Based on this idea, the researchers extracted skin stem cells from laboratory mice and modified their genes to produce green fluorescent protein molecules when tumor necrosis factor alpha (TNF-α), an inflammation-related marker, appears in the surrounding medium. After these cells multiplied, the researchers reinjected them into the rodents and monitored their response to the inflammatory biomarker. Follow-up showed that the skin of the mice produced noticeable illumination even at a very low concentration of TNF-α not exceeding 0.2 nanograms per milliliter, and the sensor remained effective for over 200 days of monitoring.
The researchers concluded that this method could allow for tracking the progression of chronic inflammation and measuring other important health biomarkers in both humans and animals.
