إنها تدرس نمو الشرايين للمساعدة في التعافي من النوبات القلبية

تشير التقديرات إلى أن جسم الإنسان يحتوي على حوالي 60,000 ميل من الأوعية الدموية. يضطر القلب إلى ضخ الدم عبر كل شبر منها دون توقف لتلبية احتياجات الجسم التي لا أساس لها من الأكسجين والمواد المغذية. ولكن نظرًا لأن القلب له احتياجاته الخاصة أيضًا ، فإن بعض هذه الأوعية تشكل تخريماً من الشرايين التاجية التي تربط عضلة القلب. إذا حدث خطأ ما في هذه الشرايين - كما يحدث عندما تتمزق لوحة الكوليسترول التي تنمو على البطانة وتسدها - يمكن أن تتعطل أجزاء من القلب وتموت في بعض الأحيان. حتى إذا نجا شخص ما من مثل هذه النوبة القلبية ، فإن النسيج الندبي الناتج يمكن أن يضعف بشكل دائم قوة القلب وكفاءته. لذلك فإن فهم نمو الشرايين التاجية وتطورها وصيانتها أمر بالغ الأهمية لتقليل الخسائر الناجمة عن أمراض القلب.

كريستي ريد هورسأصبح أستاذًا مشاركًا في علم الأحياء بجامعة ستانفورد وعضوًا في معهد بيولوجيا الخلايا الجذعية والطب التجديدي بالمدرسة ، رائدًا في السعي لتحقيق هذا الفهم. وقد نشرت دراسات رائدة حول أصول الأوعية الدموية في قلوب الثدييات. الأمل هو أن ما تعلمته هي وزملاؤها حول نمو تلك الأوعية أثناء نمو الجنين يمكن أن يساعد في إنقاذ القلب بعد نوبة قلبية.

في عام 2021 ، اختار معهد هوارد هيوز الطبي (HHMI) شركة ريد هورس لتقدير مكانتها المرموقة برنامج المحقق، ربما أغنى جائزة في علم الأحياء. سيتلقى مختبرها في ستانفورد 9 ملايين دولار على مدى سبع سنوات لتمويل أبحاثه. كانت المنحة نعمة لعلمها ، لكنها أوجدت أيضًا فرصًا لـ Red Horse ، التي تنحدر من أصول شيروكي ، لمضاعفة دعمها وتأييدها للعلماء الأمريكيين الأصليين.

كوانتا تحدثت مع Red Horse الصيف الماضي أثناء زيارتها لنيويورك ثم في مكالمات الفيديو لاحقًا. تم تلخيص المقابلات وتحريرها من أجل الوضوح.

في عام 2021 ، تم تعيينك كمحقق HHMI لأبحاثك المتعلقة بتجديد وإصلاح أنسجة القلب. هل يمكنك وصف تلك الدراسات؟

تركز هذا العمل على القلب والأوعية الدموية - تطورها الجنيني ووظائفها البيولوجية. على وجه التحديد ، كنا نركز على كيفية تكوين نظام القلب والأوعية الدموية وعلى الأوعية الدموية المتخصصة التي تسمى الشرايين الجانبية. يمكن العثور عليها في حيوانات مثل الفئران وخنازير غينيا ، وكذلك في بعض (ولكن ليس كل) البشر.

عادة ، تتشكل الضمانات استجابة لإصابة في القلب. عندما يكون هناك تلف في الأوعية الدموية التاجية الذي ينقل الدم إلى عضلة القلب ، تقوم الشرايين الجانبية بعمل وصلات جديدة في المنطقة المصابة. في بحثنا ، رأينا أنه عند انسداد الشرايين التاجية ، يمكن أن تصبح الضمانات في بعض الحالات مسارًا بديلًا لتدفق الدم إلى عضلة القلب. يمكن أن تكون بمثابة تجاوزات طبيعية.

هل يمكن أن يكون هذا مهمًا لعلاج أمراض القلب؟

نعم ، نأمل أن يكون فهم الضمانات مفتاحًا لنوع جديد من العلاج التجديدي. ما كنا نبحث عنه هو كيفية تطور هذا النوع من الأوعية الدموية وما إذا كان تحفيزها على النمو في مرحلة ما في المستقبل قد يكون علاجًا فعالًا للأشخاص الذين يعانون من انسداد الشرايين التاجية.

تحدث النوبات القلبية عندما لا يتمكن الدم من الالتفاف حول انسداد الأوعية الدموية. مثل السكتات الدماغية تحدث في الأوعية الدموية. عندما تحرم عضلة القلب من الأكسجين والمغذيات ، تموت أنسجة القلب. لهذا السبب ، في كثير من الحالات ، يحدث قصور في القلب. ولكن ماذا لو تمكنا من إيجاد طريقة لتوليد شرايين تاجية جديدة لجلب العناصر الغذائية للقلب؟ هل يمكننا منع موت عضلة القلب؟

أحد أكبر اكتشافاتنا هو أن الضمانات الموجودة في قلب الثدييات تتشكل بسهولة بعد الولادة مباشرة - أي عند حديثي الولادة أو حديثي الولادة. قد يكون هذا أحد الأسباب التي تجعل الأطفال حديثي الولادة يعانون من النوبات القلبية يمكنهم التعافي بسرعة. تمتد ضماناتهم من الشرايين العادية وتنتقل نحو الإصابة. لكن في البالغين ، تكون العملية أقل كفاءة.

إلى أي مدى وصلت في بحثك؟

حسنًا ، من بين الأشياء التي اكتشفناها أن هذه الشرايين الجانبية تتكون من نفس أنواع الخلايا مثل الشرايين العادية.

قبل بحثنا ، كان يُعتقد أن الضمانات الجديدة كانت عبارة عن شعيرات دموية محولة فقط - أوعية دموية صغيرة موجودة مسبقًا تم توسيعها وإعادة تشكيلها. يحدث هذا بالفعل ، لكن الضمانات يمكن في الواقع أن تنمو مجددًا أيضًا من الشرايين الموجودة.

في التجارب التي أجريت على الفئران الصغيرة ، أحدثنا انسدادًا في الأوعية الدموية ونوبات قلبية. أدى ذلك إلى تطوير ضمانات جديدة في الحيوانات. نشأت الضمانات في بطانة الشرايين المنتظمة ثم نمت إلى مكان حدوث الضرر.

لاحقًا ، حددنا بروتينًا ، CXCL12 ، ينشط تكوين الشريان الجانبي. استخدمناها لإعادة إيقاظ العملية في الفئران البالغة. في الوقت الحالي ، نحن نبحث عن بروتينات أخرى تشارك في هذه العملية. نعتزم بعد ذلك معرفة سبب امتلاك بعض البشر للضمانات والبعض الآخر لا.

يقول العلماء البارزون أنك وزملاؤك قد غيرت أبحاث الشريان التاجي. زميلك في ستانفورد ايرفينغ وايزمان، الباحثة الأسطورية في مجال الخلايا الجذعية ، أخبرني ، "لقد أعطتنا كريستي طريقة مختلفة تمامًا للنظر إلى الأوعية الدموية."

أعتقد أنه يتحدث عن عملي مع ما بعد الدكتوراه مارك كراسنو. حتى نشرناها في عام 2010 ، كانت الحكمة التقليدية هي أن الشرايين التاجية مصنوعة من الغطاء الخلوي للقلب الجنيني - نسيج يسمى النخاب. على الرغم من ذلك ، رأينا في تجاربنا أنها نشأت من مصدرين آخرين: وريد بجانب القلب يسمى الجيوب الوريدية والبطانة الداخلية للقلب ، الشغاف.

لاكتشاف ذلك ، استخدمت تقنيات جديدة للنظر في تطور القلب. كانت الطريقة القديمة للحصول على نافذة لما كان يحدث هي صنع أقسام من الأنسجة ، شرائح رفيعة جدًا من الأنسجة تنظر إلى أجزاء صغيرة من القلب واحدة تلو الأخرى. أحضرت هذه الفكرة لألقي نظرة على العضو بأكمله مرة واحدة. كشف هذا النهج عن أصول الشرايين التاجية لأنك تستطيع أن ترى من أين خرجت ، ويمكنك أن ترى روابط جسدية لا يمكنك رؤيتها عند تقطيع الأنسجة إلى مكعبات.

علاوة على ذلك ، ابتكر إيرف وايزمان هذه التقنية الجديدة للبحث في الخلايا الفردية. لقد صنع هذا النسب من الفئران المعدلة خصيصًا بحيث يمكننا تصنيف عدد قليل من الخلايا في منطقة ذات لون. بعد تعليم الخلايا ، يمكنك أن ترى أثناء التطور المكان الذي هاجرت إليه الخلايا وذريتهم. استخدمنا ذلك لتساعدنا على التأكد من أن الشرايين التاجية تأتي من الوريد والبطانة الداخلية للقلب.

لا بد أنه كان من المثير اكتشاف شيء غير متوقع.

قطعاً. كان الأمر مثيرًا عندما رأينا بالفعل أن هناك هذين السالفين المختلفين للشرايين التاجية ورأيناهم يأتون من داخل حجرة القلب.

يمكنك أن ترى داخل القلب نوعًا من بصق هذه الكرات الصغيرة. لقد ظهروا في هذه الدوائر ، كما لو كانوا كرات شاطئ صغيرة. ثم انتشروا. كنت مثل ، "ماذا؟ رائع!" لم تكن الطريقة التي توقعنا بها نمو الأوعية الدموية.

الأمر المذهل أيضًا هو أنك إذا نظرت إلى الخلايا الفردية في وقت مبكر من تطور الشرايين التاجية ، يمكنك معرفة أي منها أتى من الوريد وأي منها جاء من بطانة القلب. أنها تحمل توقيعات جزيئية مختلفة. ولكن بحلول الوقت الذي ينضج فيه الشريان التاجي ، يبدو أن جميع الخلايا تتقارب على نفس الشكل بالضبط ، وصولاً إلى مستوى التعبير الجيني المتطابق. لذا فهم يستجيبون لإصابات القلب بنفس الطريقة.

لماذا تمتلك الطبيعة طريقتين مختلفتين لصنع نفس الخلايا؟ هذا يبدو مسرفًا بشكل غريب.

هناك فكرتان على الأقل حول ذلك. أحد الاحتمالات هو أنه نظرًا لأن الشرايين التاجية ضرورية جدًا لصحة الحيوان ، فإن هذا يعطينا طريقة احتياطية لتنميتها. في التجارب ، أظهرنا أنه في حالة انقطاع نمو الأوعية التاجية من الوريد الجيبي ، تتمدد الأوعية من شغاف القلب لملء الفجوة.

قد يساعد وجود مصدرين أيضًا في نمو شبكة الشرايين التاجية بشكل أسرع. المزيد من مواد البدء تعني توسيعًا أسرع. يبدو أن النمو الأمثل للأوعية مهم للتأكد من أن عضلة القلب نفسها تتطور بسرعة إلى شكل ضيق ومضغوط يحتاج القلب للنبض بكفاءة.

• الطبيعة الورقة التي وصفت فيها أنت ، ويسمان وكراسنو مصدرين للشرايين التاجية كانت بمثابة قنبلة. لاحقًا ، هل تساءلت عما إذا كنت ستتصدر ذلك؟

لقد كان شيئًا مبهرجًا ، هذا الاكتشاف. وعندما تفعل شيئًا مبهرجًا ، يناقشه الكثير من الناس ويتساءلون عما إذا كان صحيحًا بالفعل. ما فعلته في السنوات القليلة التالية في مختبري هو تطوير أدوات جديدة حتى نتمكن من التوصل إلى ذلك. أظهرنا أن الورقة البراقة كانت صحيحة حقًا ، ثم ركزت بعد ذلك على إثبات التفاصيل.

هذا أحد الأشياء التي أعتقد أنها مميزة في مختبري. نحن لا نذهب فقط للنشر المبتذل ثم ننتقل. نأخذ الوقت الكافي لوصف علم الأحياء ، ونبذل جهدًا حقيقيًا للتأكد من صحتنا.

يعد برنامج HHMI Investigator Program من أغنى درجات الامتياز في مجال البحث البيولوجي. لقد وعدت بتسعة ملايين دولار على مدى سبع سنوات من أجل ذلك. هل غيرت حياتك؟

لقد غيرت كل شيء. كما يمكنك أن تتخيل ، إنه لمن دواعي سروري للغاية أن يكون لديك تمويل قوي لمدة سبع سنوات. هذا يعني أنه يمكنني تشغيل مختبري بالطريقة التي أريدها. لقد تمكنت من شراء معدات متطورة جديدة ، وتوظيف مدير مختبر محترف ، وتولي المزيد من موظفي الدعم.

ومن المثير للاهتمام - وكانت هذه مفاجأة - أن منحة HHMI دفعتني أيضًا إلى التعمق في تراثي. بعد الإعلان عن المنحة ، بدأت في الاستماع إلى أشخاص ، كثير منهم طلاب من السكان الأصليين ، يسألون عما يعنيه أن تكون مواطنًا أمريكيًا أصليًا يعمل في مجال العلوم.

أعتقد أنهم رأوا اسمي على قائمة المحققين ثم تواصلوا معي. حاولت الرد والقيام ببعض التوجيه. لكن استفساراتهم دفعتني أيضًا إلى معرفة المزيد عن خلفيتي.

ماذا كنت تعرف - أو لا تعرف - عن تراثك؟

لقد نشأت وأنا أعلم أنني كنت ثنائي العرق. قيل لي إنني ربع أمريكي أصلي.

لكن علاقتي بتراثي كانت معقدة. إنه لأمر محزن بالنسبة لي أنني لم أكن أعرف المزيد عنها عندما كنت طفلاً. كانت أمي ، البيضاء ، صغيرة جدًا عندما أنجبتني. تم الطلاق هي وأبي قبل أن أبلغ من العمر عامًا. بعد ذلك ، تحركنا كثيرًا: أريزونا ونيفادا وأركنساس.

كان والدي على درجة الدكتوراه. مهندس في نيو مكسيكو. على الرغم من أنني رأيته كثيرًا ، عندما كنا معًا لم نناقش كثيرًا تراثنا. لم يكن كل ذلك مرتبطًا بوالده. لقد نشأ في أركنساس ، ووالده ، جدي لأبي ، عاش في كاليفورنيا.

في أوائل العشرينات من عمري ، انتقلت إلى كاليفورنيا للدراسات العليا ، وذلك عندما ربطني والدي بوالده والحصان الأحمر. كان جدي ، الذي أنا قريب جدًا منه الآن ، شابًا متوحشًا. عندما استقر أخيرًا ، حصل على الدكتوراه في الإدارة التربوية. أدار برامج دراسات الهنود الأمريكيين في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس وولاية أريزونا وجامعة مينيسوتا في دولوث حيث كان عميدًا.

أخبرني جدي أيضًا بما يعرفه عن عائلتنا. كان والده ، جدي الأكبر ، شيروكي يتيمًا من أوكلاهوما. كان قد انتقل إلى منطقة الخليج وعاش بين السكان الأصليين هناك. من خلال تقارير صحفية معاصرة ، علمت أن جدي الأكبر كان مدافعًا عن المجتمع الأصلي ، يقاتل من أجل حقوقهم المدنية.

عائلتك تتحدى الصور النمطية.

نعم ، هذا مثير للاهتمام: لم أكن أكبر وأعيش مع والدي ، ولا أعتقد أنه التقى بوالده حتى بلغ 18 عامًا.

يبدو أن التصميم الشديد هو سمة الحصان الأحمر. كان جدي الأكبر ، الذي توفي في الوقت الذي ولدت فيه ، الكثير من الأطفال من نساء مختلفات. لقد قابلت بعضهم. إنهم مليئون بالطاقة والتصميم. أنا خجول جدًا ، لكن لدي هذا الدافع المجنون. عندما كنت طفلة ، كنت أتساءل من أين أتى ذلك. ثم قابلت الخيول الحمراء. كلنا هكذا!

هل كنت تريد دائما أن تكون عالما؟

كنت أقول أنه عندما كنت طفلاً ، كانت طموحاتي غير مركزة. قد يكون ذلك لأننا تحركنا كثيرًا. كنت محرجا اجتماعيا. قضيت الكثير من الوقت بمفردي.

أصبح العلم شغفي في المدرسة الثانوية. كنا نعيش في أركنساس حينها. معلمة الأحياء في المدرسة الثانوية ، السيدة بارنيل ، أشعلت نار العلم. يمكن لمعلم واحد عظيم أن يفعل ذلك.

لاحقًا ، بصفتي طالبًا جامعيًا في جامعة أركنساس ، أخذت دورة في علم المناعة ، وأديت أداءً جيدًا لدرجة أن المدرب قال ، "كريستي ، يمكنك القيام بعمل معمل."

كنت مثل ، "ما هذا؟"

ثم تم إرسالي للعمل في دراسة حيث أطعمت صغار الكتاكيت مادة مضافة للغذاء لمعرفة ما إذا كانت تعزز جهاز المناعة لديهم. كنت آخذ دم الكتاكيت وأعد خلاياها المناعية. كان هذا مثيرًا جدًا بالنسبة لي. لقد شدني تمامًا بالبحث.

كيف اخترت مدرسة الدراسات العليا؟

حسنًا ، كما تعلم ، في جامعة أركنساس ، لم يكونوا جيدين جدًا في تقديم المشورة. حصلت على درجات قوية وحماسة كبيرة ، وتقدمت إلى مجموعة كاملة من برامج الدكتوراه. أنا لم أدخل أي.

ما حدث في النهاية هو أن ولاية سان فرانسيسكو لديها برنامج ماجستير يهدف إلى إشراك الأشخاص ناقصي التمثيل في العلوم. أعتقد أنهم رأوا اسمي ولا بد أنهم فكروا ، "هذا شخص نريده".

هل تعتقد أنك شخص استفاد من العمل الإيجابي؟

قطعاً. واليوم ، بصفتي رئيس مختبري الخاص ، أحاول سداده من خلال تشجيع الطلاب من المجموعات الممثلة تمثيلا ناقصا. لدي ثلاثة طلاب من السكان الأصليين يعملون في مختبري الآن ، وهو أمر نادر للغاية في جامعة ستانفورد والمؤسسات المماثلة.

كيف تشعر عندما تسمع عن الهجمات على برامج العمل الإيجابي؟

إنه يزعجني لأنهم يقولون إن الأشخاص ناقصي التمثيل يحصلون على شيء غير مكتسب.

عندما تفكر في الأمر ، من المحتمل أن تكون معايير الأقليات في العلوم أعلى. للعمل في العلوم ، عليك أن تتخطى الكثير من الإخفاقات لأنك تختبر فرضيات قد لا تكون صحيحة. في الوقت نفسه ، تواجه أحيانًا أشخاصًا يشككون في صحة وجودك هناك. للاستمرار في هذا الجو ، تحتاج إلى الكثير من الحبيبات الإضافية.

كيف حصلت أخيرًا على الدكتوراه؟

بينما كنت في ولاية سان فرانسيسكو ، جاءت سوزان فيشر ، التي كانت تدرس المشيمة في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو ، لتخبرنا عن عملها.

إنها تواصل علمي رائع. لقد فتنتنا بإخبارنا كيف أن المشيمة هي هذا العضو البري والمجنون الذي يقوم بكل هذه الأشياء المدهشة. سألت على الفور إذا كان بإمكاني إجراء بحث الماجستير الخاص بي في مختبرها ، فقالت نعم.

بعد الانتهاء من الماجستير ، مكثت في UCSF لأحصل على الدكتوراه معها. لقد عملنا على تطوير المشيمة وكيفية اتصال مشيمة الجنين بإمدادات دم الأم أثناء الحمل. وجدنا أن بعض البروتينات الإرشادية المحددة توجه خلايا المشيمة إلى الشرايين بدلاً من الأوردة ، وقمنا بنشر العديد من الأوراق البحثية معًا.

هل وضع بحث المشيمة الخاص بك الأساس لدراسات القلب الخاصة بك؟

قطعاً. هناك خط مستقيم من دراساتنا حول المشيمة إلى عملنا الحالي على الأوعية الدموية.

ذلك لأنه عندما تغادر الخلايا المشيمة وتهاجر إلى رحم الأم ، فإنها تستقر على الشرايين - وليس الأوردة ، ولكن الشرايين تحديدًا. وبعد ذلك يبطئون الشرايين ويصنعون أوعية دموية صغيرة مشتقة من المشيمة. يعيد هؤلاء توجيه تدفق الدم من رحم الأم إلى الفراغات المشيمية حتى يتمكن الجنين من امتصاص الأكسجين والمواد المغذية.

كل هذا له علاقة بالأوعية الدموية ، أليس كذلك؟ إنهم يقلدون أحد الأوعية الدموية ، ويذهبون لاستمالة وعاء دموي وتشكيل قناة صغيرة.

حسنًا ، دراسة المشيمة هي سبب اهتمامي بالأوعية الدموية والجزيئات المختلفة التي تشكلها.

ما مدى قربك من إيجاد العلاج التجديدي للنوبات القلبية؟

من المستحيل التنبؤ. لكنني أقول إننا على بعد 10 إلى 20 عامًا. في الوقت الحالي ، يدرس ثلثا مختبري التجديد.

أظهرنا في الفئران أن المسارات الكيميائية الحيوية التي ندرسها يمكن أن تحسن التعافي بعد نوبة قلبية تجريبية. هذه هي الخطوة الأولى نحو أنه يحتمل أن يعمل في البشر. لكنني مهتم حقًا باستخدام الأنواع المختلفة لتعلم أشياء جديدة عن الأوعية الدموية الجانبية.

خنازير غينيا ، على سبيل المثال ، هي النوع الوحيد الذي يحتوي على شرايين جانبية تعمل بشكل مثالي في قلوبهم. أي أن الضمانات الخاصة بهم يمكنها إعادة توجيه تدفق الدم تمامًا بعد أي انسداد في الشرايين التاجية ، لذلك لا يوجد موت عضلي قلبي. لديهم شرايين جانبية طوال حياتهم ، وليس فقط نتيجة لإصابات القلب. لهذا السبب ، تعتبر خنازير غينيا دليلًا أساسيًا على النوبة القلبية.

نحن نسأل كيف يختلف تطور خنزير غينيا حتى نتمكن من اكتشاف الجزيئات التي تشكل الضمانات في قلبها. نأمل أن يؤدي هذا إلى تطبيقات في الأنواع الأخرى. نود نقل هذه الميزة إلى الفئران وفي النهاية البشر.

عشرون عاما؟ هذا وقت طويل لانتظار حدوث شيء ملموس.

لا بأس بالنسبة لي لأن الكثير من الأشياء الممتعة تحدث على طول الطريق. لهذا السبب يصبح المرء عالما في المقام الأول. يجب أن تكون محققًا وفنانًا. لقد جمعت القرائن معًا. وبعد ذلك تتعلم كيف يعمل العضو.