كيف يمكن تبادل الماء في الخلايا السرطانية لقياس الأورام الخبيثة؟

تكتشف الطريقة المعتمدة على التصوير بالرنين المغناطيسي تبادل الماء في الخلايا السرطانية لقياس الأورام الخبيثة.

يعد تدوير الماء عبر ناقلات الأغشية سمة مميزة لعملية التمثيل الغذائي للخلية، ومن المحتمل أن يكون ذا أهمية تشخيصية عالية لتوصيف الأورام والأمراض الأخرى.

في مجلة Angewandte Chemie، قدم فريق بحث إيطالي الآن طريقة جديدة تعتمد على التصوير بالرنين المغناطيسي لتقييم تبادل المياه هذا، وبهذه الطريقة، تمكنوا من تقدير درجة الورم الخبيث ونجاح العلاج في نماذج الأورام لدى الفئران.

ليست كل أنواع السرطان متساوية، إذ إنه اعتمادًا على نوع الورم، قد يتم تطبيق علاج معين على الفور أو قد يفشل تمامًا، وفقا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

وللحصول على علاج مستهدف وفعال ولطيف قدر الإمكان، من المهم تحديد موقع الورم بدقة وتحديد الورم الخبيث.

التصوير بالرنين المغناطيسي

يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) صورًا ممتازة تم حلها زمنيًا ومكانيًا لتوصيف الأورام.

خلال هذا الإجراء، يستلقي المريض في «أنبوب» يوجد فيه مجال مغناطيسي قوي جدًا.

تدور البروتونات (نواة ذرات الهيدروجين) في هذا المجال المغناطيسي.

يتم بث موجات الراديو ومزامنة حركات الدوران، مما يؤدي إلى قلب بعضها مؤقتًا.

اعتمادا على تكوين الأنسجة، يتم فقدان هذا «المغنطة» في أوقات مختلفة (الاسترخاء)، ويمكن استخدام هذا لحساب الصور ثلاثية الأبعاد.

تعمل عوامل التباين الجادولينيوم على تقليل أوقات الاسترخاء، وتتركز هذه العوامل بشكل أكبر في الأورام لأن الأوعية الدموية الخاصة بها قابلة للاختراق بشكل خاص، وهذا يزيد من التباين ويجعل من السهل تحديد الورم.

تنتشر عوامل التباين فقط عبر الأجزاء الموجودة خارج الخلية في الورم؛ ولا تدخل الخلايا السرطانية.

وأراد فريق بقيادة جوزيبي فيراوتو وسيلفيو إيمي استغلال هذه الميزة لتحديد درجة تبادل الماء عبر غشاء الخلية.

تكون الخلايا السرطانية أكثر نشاطًا في عملية التمثيل الغذائي من الخلايا السليمة ولديها المزيد من البروتينات والقنوات الناقلة في أغشية الخلايا.

تسمح هذه البروتينات أيضًا بدخول الماء إلى الخلية والخروج منها، ودرجة تبادل الماء هي مقياس لعدوانية الورم.

ومع ذلك، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي الكلاسيكي لا يمكنه إظهار ذلك.

قرر فريق من جامعة تورينو وIRCCS SDN SynLab في نابولي العمل باستخدام طريقة جديدة للتصوير بالرنين المغناطيسي تسمى CEST (نقل تشبع التبادل الكيميائي).

هناك تبادل بروتوني ثابت بين الماء الحر والمجموعات التي تحتوي على الهيدروجين في الجزيئات الحيوية، مثل مجموعات الأمين في الكرياتين.

تعتمد الترددات الراديوية التي يمكن من خلالها «مغنطة» البروتون على البيئة الكيميائية لذلك البروتون، لذلك تختلف الترددات بالنسبة للبروتونات الموجودة في الماء الحر وتلك المرتبطة بالكرياتين.

على سبيل المثال، مع نبض مطابق، يمكن تشبع البروتونات المرتبطة بالكرياتين، ويتم تبادل هذه البروتونات وترتبط بالمياه المجانية القريبة.

إنهم يحافظون على «حالتهم المغناطيسية المشبعة» أثناء قيامهم بذلك.

إذا تم نبض موجات الراديو ذات التردد المناسب لبروتونات الماء الحرة، فإن عددًا متزايدًا من هذه البروتونات ممغنط بالفعل ولا يمكنه امتصاص الطاقة (إشارة CEST في صور الرنين المغناطيسي).

يتناقص الامتصاص حتى يصل تبادل البروتون إلى التوازن، وهذا يجعل من الممكن استخلاص استنتاجات حول تركيز الكرياتين والجزيئات الأخرى التي تتبادل البروتونات في الخلية، والتي يمكن استخدامها في التنميط الظاهري للسرطان.

إذا تم بعد ذلك إعطاء عامل تباين ودخل إلى الحيز خارج الخلية، فإن مغنطة بروتونات الماء هناك تتناقص بشكل أسرع بشكل ملحوظ.

ونظرًا لأنه يتم تبادل الماء عبر الغشاء، فإن عدد بروتونات الماء الممغنطة داخل الخلايا يتناقص أيضًا بسرعة أكبر، وهذا بدوره يغير إشارات CEST.

تعكس التغييرات بعد إضافة عامل التباين نفاذية غشاء الخلية السرطانية للماء.

اختبر الفريق هذه الطريقة على نماذج الفئران المصابة بـ سرطان الثدي بدرجات مختلفة من الورم الخبيث.

وكما هو متوقع، زاد تبادل المياه الملحوظ مع ازدياد عدوانية الأورام.

داخل الأورام، كان من الممكن أيضًا التمييز بين مناطق الأورام الخبيثة المختلفة، عقار تثبيط الخلايا دوكسوروبيسين يقلل على الفور من نفاذية الماء، ومن ثم، فإن الطريقة المطورة تلقي الضوء على النمط الظاهري للورم وتوفر أداة جديدة لتقييم نتائج العلاج الكيميائي.