زندگی فراتر از مرگ: چگونه ارگانیسم‌های جدید از سلول‌های موجود مرده پدیدار می‌شوند؟

دانشمندان معمولا مرگ را توقف بازگشت‌ناپذیر عملکرد ارگانیسم زنده تعریف می‌کنند. گرچه اقداماتی همچون اهدای عضو نشان می‌دهد چگونه ارگان‌ها، بافت‌ها و سلول‌ها می‌توانند حتی پس از مرگ ارگانیسم به عملکرد خود ادامه دهند. این انعطاف‌پذیری این سوال را ایجاد می‌کند: چه مکانیسم‌هایی به سلول‌ها اجازه می‌دهند که پس از مرگ یک ارگانیسم به کار خود ادامه دهند؟

به گزارش زومیت، گروهی از پژوهشگران در مطالعه‌ای مروری که اخیرا منتشر شد، توضیح می‌دهند که چگونه برخی سلول‌ها پس از مرگ ارگانیسم و در حضور مواد مغذی، اکسیژن و نشانه‌های بیوالکتریکی یا بیوشیمیایی، توانایی تبدیل شدن به ارگانیسم‌های چند سلولی با عملکردهای جدیدی را دارند.

حالت سوم، یعنی پیدایش اشکال حیات چندسلولی جدید از سلول‌های ارگانیسم مرده، نحوه درک معمول دانشمندان از رفتار سلولی را به چالش می‌کشد. درحالی‌که دگردیسی کرم پیله‌ساز به پروانه یا دگرگونی نوزاد قورباغه‌ که تغییرات زیادی را پشت سرمی‌گذارد، از دگرگونی‌های رشدی آشنا هستند، موارد کمی وجود دارد که در آن ارگانیسم‌ها به روش‌هایی تغییر کنند که از قبل تعیین نشده است.

تومورها، ارگانوئیدها و رده‌های سلولی که می‌توانند به‌طور نامحدود در ظرف آزمایشگاه تقسیم شوند مانند سلول‌های هلا (رده‌ای از سلول‌های جاودانه شده که در پژوهش‌های علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد) جزء حالت سوم درنظر گرفته نمی‌شوند، زیرا عملکردهای جدیدی را رشد نمی‌دهند.

پژوهشگران همچنین دریافته‌اند که سلول‌های ریه انسان می‌توانند به شکل ارگانیسم‌های چندسلولی کوچکی سازماندهی پیدا کنند که توانایی حرکت دارند. این انسان-ربات‌ها (آنتروبات‌ها) به شیوه‌های جدیدی رفتار می‌کنند و ساختار جدیدی دارند. آن‌ها نه تنها می‌توانند در محیط پیرامون خود حرکت کنند بلکه می‌توانند خود و همچنین سلول‌های عصبی آسیب‌دیده‌ای را که در آن نزدیکی قرار دارند، ترمیم کنند.

درمجموع، یافته‌ها انعطاف‌پذیری ذاتی سیستم‌های سلولی را نشان می‌دهد و این ایده را به چالش می‌کشد که سلول‌ها و ارگانیسم‌ها فقط به روش‌های ازپیش‌تعیین‌شده می‌توانند رشد و تکامل پیدا کنند.

عوامل متعددی بر این موضوع تاثیر می‌گذارند که آیا سلول‌ها و بافت‌های خاص می‌توانند پس از مرگ یک ارگانیسم زنده مانده و عمل کنند یا خیر. این عوامل شامل شرایط محیطی، فعالیت متابولیک و تکنیک‌های نگهداری می‌شود.

انواع مختلف سلول مدت زمان بقای متفاوتی دارند. به‌عنوان مثال، در انسان، گلبول‌های سفید خون بین ۶۰ تا ۸۶ ساعت پس از مرگ ارگانیسم می‌میرند. در موش‌ها، سلول‌های ماهیچه اسکلتی را می‌توان تا ۱۴ روز پس از مرگ مجددا رشد داد، درحالی‌که سلول‌های فیبروبلاست (از سلول‌های بافت همبند) گوسفند و بز را می‌توان تا یک ماه پس از مرگ هم کشت داد.

فعالیت متابولیک نقش مهمی در تداوم حیات و عملکرد سلول‌ها دارد. کشت سلول‌هایی که برای حفظ عملکرد خود به منبع انرژی پیوسته و قابل‌توجهی نیاز دارند، نسبت به سلول‌هایی که تقاضای انرژی کمتری دارند، دشوارتر است. تکنیک‌های نگهداری مانند نگهداری در دمای بسیار پایین می‌تواند به نمونه‌های بافتی نظیر مغز استخوان اجازه دهند تا عملکردی در حد نمونه‌های منابع اهداکننده زنده داشته باشند.

مکانیسم‌های بقای ذاتی نیز نقش کلیدی در زنده‌ماندن سلول‌ها و بافت‌ها دارند. به‌عنوان مثال، پژوهشگران افزایش معنادار فعالیت ژن‌های مرتبط با استرس و ژن‌های مرتبط با ایمنی را پس از مرگ ارگانیسمی مشاهده کرده‌اند که احتمالا برای جبران از دست‌دادن هومئوستازی اتفاق می‌افتد. علاوه‌بر‌این، عواملی مانند آسیب، عفونت و مدت زمان گذشته از زمان مرگ نیز بر زنده‌ماندن بافت و سلول تاثیر می‌گذارد.

عواملی مانند سن، سلامت، جنس و گونه بر چشم‌انداز پس از مرگ تاثیر می‌گذارد. این مورد در چالش کشت و پیوند سلول‌های جزیره‌ای ازنظر متابولیکی فعال از اهدا‌کننده به گیرنده مشاهده می‌شود. پژوهشگران بر این باورند که فرایندهای خودایمنی، هزینه‌های بالای انرژی و تخریب مکانیسم‌های محافظ می‌تواند علت بسیاری از شکست‌های پیوند سلول‌های جزیره‌ای باشد.

اینکه چگونه تاثیر متقابل این متغیرها به سلول‌های خاص اجازه می‌دهد پس از مرگ ارگانیسم به عملکرد خود ادامه دهند، مشخص نیست. یکی از فرضیات مطرح‌شده در این زمینه آن است که کانال‌ها و پمپ‌های خاص تعبیه‌شده در غشای خارجی سلول‌ها به‌عنوان مدارهای الکتریکی پیچیده عمل می‌کنند. این کانال‌ها و پمپ‌ها، سیگنال‌هایی الکتریکی تولید می‌کنند که به سلول‌ها اجازه می‌دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و عملکردهای خاصی مانند رشد و حرکت را انجام دهند و بر ساختار خاص ارگانیسم تاثیر می‌گذارند.

میزان تغییر انواع سلول‌ها پس از مرگ نیز نامشخص است. پژوهش‌های گذشته نشان داده که ژن‌های خاصی که در استرس، ایمنی و تنظیم اپی‌ژنتیکی نقش دارند، پس از مرگ در موش‌ها، گورخرماهی و انسان فعال هستند و این امر نشان‌دهنده‌ی پتانسیل گسترده دگرگونی در میان انواع سلول‌ها است.

حالت سوم نه تنها بینش‌های جدیدی درمورد سازگاری سلول‌ها ارائه می‌دهد بلکه چشم‌اندازی برای درمان‌های جدید ارائه می‌دهد. به‌عنوان مثال، آنتروبات‌ها را می‌توان از بافت زنده افراد برای تحویل دارو بدون تحریک پاسخ ایمنی ناخواسته ساخت. آنتروبات‌های مهندسی‌شده‌ی تزریق‌شده به بدن ممکن است بتوانند پلاک‌های شریانی را در افراد مبتلا به  آترواسکلروزیس (تصلب شرایین) پاکسازی کنند و مخاط اضافی را در بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک از بین ببرند.

نکته مهم این که این موجودات چند سلولی طول عمر محدودی دارند و پس از چهار تا شش هفته به طور طبیعی تخریب می‌شوند. این «کلید مرگ»، از رشد سلول‌های بالقوه تهاجمی جلوگیری می‌کند.

درک بهتر این موضوع که چگونه برخی از سلول‌ها به عملکرد خود ادامه می‌دهند و پس از مرگ ارگانیسم به موجودیت‌های چندسلولی تغییر پیدا می‌کند، نویدبخش پزشکی شخصی و پیشگیرانه است.