معلومة

15.4C: الخلايا البائية والخلايا التائية - علم الأحياء


الخلايا الليمفاوية هي واحدة من خمسة أنواع من خلايا الدم البيضاء (الكريات البيض) التي تنتشر في الدم. على الرغم من أن الخلايا الليمفاوية الناضجة تبدو جميعها متشابهة إلى حد كبير ، إلا أنها متنوعة بشكل غير عادي في وظائفها. الخلايا الليمفاوية الأكثر وفرة هي الخلايا الليمفاوية البائية (الخلايا البائية) والخلايا اللمفاوية التائية (الخلايا التائية). يتم إنتاج الخلايا البائية في عظم نخاع. يتم إنتاج سلائف الخلايا التائية أيضًا في نخاع العظام ولكنها تترك نخاع العظم وتنضج في الغدة الضرقية (الذي يفسر تعيينهم). كل خلية B و T هي محددة لمستضد معين. ما يعنيه هذا هو أن كل منها قادر على الارتباط ببنية جزيئية معينة. تكمن خصوصية الارتباط في مستقبل للمستضد: مستقبل الخلية B (BCR) للمستضد ومستقبل الخلايا التائية (TCR) على التوالي.

تشترك كل من BCRs و TCRs في هذه الخصائص:

  • وهي بروتينات غشائية متكاملة.
  • إنها موجودة في آلاف النسخ المتطابقة المكشوفة على سطح الخلية.
  • يتم تصنيعها قبل أن تصادف الخلية مستضدًا.
  • يتم ترميزها بواسطة جينات يتم تجميعها عن طريق إعادة تركيب أجزاء من الحمض النووي.
  • لديهم موقع فريد ملزم.
  • يرتبط هذا الموقع بجزء من المستضد يسمى محدد مستضد أو حاتمة.
  • يعتمد الارتباط ، مثل ذلك بين الإنزيم وركائزه ، على تكامل سطح المستقبل وسطح الحاتمة.
  • يحدث الارتباط بواسطة قوى غير تساهمية (مرة أخرى ، مثل إنزيم مرتبط بركائزه).
  • يؤدي الارتباط الناجح لمستقبل المستضد بالحلقة ، إذا كان مصحوبًا بإشارات إضافية ، إلى:
    • تحفيز الخلية لمغادرة G0 وأدخل دورة الخلية.
    • يؤدي الانقسام المتكرر إلى تطوير استنساخ الخلايا التي تحمل نفس مستقبلات المستضد ؛ أي استنساخ خلايا ذات خصوصية متطابقة.

تختلف BCRs و TCRs في بنيتها ، والجينات التي تشفرها ونوع الحاتمة التي ترتبط بها.

خلايا ب

الشكل 15.4.3.1 الخلية البائية واللمفوكينات

  • تربط BCRs مستضدات سليمة (مثل ذوفان الخناق ، وهو البروتين الذي يتم إدخاله إلى جسمك في لقاح DTP). قد تكون هذه
    • الجزيئات القابلة للذوبان الموجودة في السائل خارج الخلية
    • الجزيئات السليمة التي تلتقطها الخلية البائية من سطح الخلايا العارضة للمستضد مثل البلاعم والخلايا التغصنية
  • تبتلع جزيئات المستضد المرتبطة في الخلية البائية عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات.
  • يتم هضم المستضد إلى أجزاء يتم عرضها بعد ذلك على سطح الخلية داخل جزيء التوافق النسيجي من الفئة الثانية.
  • تربط الخلايا التائية المساعدة الخاصة بهذا الهيكل (أي مع TCRs التكميلية) الخلية B وتفرز اللمفوكينات التي:
    • تحفيز الخلية البائية على دخول دورة الخلية والتطور ، عن طريق الانقسام المتكرر ، إلى استنساخ من الخلايا ذات BCRs متطابقة
    • التحول من توليف BCRs كبروتينات غشائية متكاملة إلى نسخة قابلة للذوبان
    • تتمايز إلى خلايا بلازما تفرز BCRs القابلة للذوبان ، والتي نسميها الآن الأجسام المضادة

الخلايا التائية

يعرض سطح كل خلية تائية أيضًا الآلاف من مستقبلات الخلايا التائية المتطابقة (TCRs). هناك نوعان من الخلايا التائية يختلفان في TCR:

  • خلايا ألفا / بيتا (αβ). TCR الخاص بهم هو مغاير مغاير لسلسلة ألفا مع سلسلة بيتا. كل سلسلة لها منطقة متغيرة (V) ومنطقة ثابتة (C). تحتوي كل منطقة V على 3 مناطق متغيرة للغاية تشكل موقع ارتباط مولد الضد.
  • جاما / دلتا (γδ) الخلايا التائية. TCR الخاص بهم هو أيضًا مغاير مغاير لسلسلة جاما المقترنة بسلسلة دلتا.

المناقشة التالية تتعلق الآن بخلايا ألفا / بيتا تي. تتم مناقشة خلايا جاما / دلتا ، التي لا يتم فهمها جيدًا ، في النهاية.

يربط TCR (لخلايا ألفا / بيتا تي) مركبًا ثنائي الجزيء معروضًا على سطح خلية أخرى تسمى خلية تقديم المستضد (APC). يتكون هذا المركب من جزء من مستضد يقع داخل أخدود جزيء التوافق النسيجي. تم مقارنة المجمع بـ "هوت دوج في كعكة".

تنتمي معظم الخلايا التائية في الجسم إلى واحدة من مجموعتين فرعيتين. تتميز هذه من خلال وجود واحد أو آخر من اثنين من البروتينات السكرية المعينة على سطحها:

  • CD4
  • CD8

يحدد أي من هذه الجزيئات الموجودة أنواع الخلايا التي يمكن للخلية التائية الارتباط بها.

  • CD8+ تربط الخلايا التائية الحواتم التي تشكل جزءًا من جزيئات التوافق النسيجي من الصنف الأول. تعبر جميع خلايا الجسم تقريبًا عن جزيئات من الصنف الأول.
  • CD4+ تربط الخلايا التائية الحواتم التي تعد جزءًا من جزيئات التوافق النسيجي من الفئة الثانية. فقط الخلايا المتخصصة في تقديم المستضد تعبر عن جزيئات الفئة الثانية. وتشمل هذه الخلايا التغصنية والخلايا البلعمية مثل البلاعم والخلايا البائية.

CD8+ الخلايا التائية

أفضل CD8 مفهومة+ الخلايا التائية هي الخلايا الليمفاوية التائية السامة للخلايا (CTLs). تفرز الجزيئات التي تدمر الخلية التي ارتبطت بها.

هذه وظيفة مفيدة للغاية إذا كانت الخلية المستهدفة مصابة بفيروس لأن الخلية عادة ما يتم تدميرها قبل أن تتمكن من إطلاق محصول جديد من الفيروسات القادرة على إصابة الخلايا الأخرى. مثال سيظهر الجمال والكفاءة البيولوجية لهذه الآلية.

مثال

في كل مرة تصاب فيها بعدوى فيروسية ، مثل الإنفلونزا (الإنفلونزا) ، يغزو الفيروس خلايا معينة من جسمك (في هذه الحالة خلايا الممرات التنفسية). بمجرد دخول الفيروس ، يفسد عملية التمثيل الغذائي للخلية لإنتاج المزيد من الفيروسات. يتضمن ذلك تخليق عدد من الجزيئات الكبيرة المختلفة المشفرة بواسطة الجينوم الفيروسي. في الوقت المناسب ، يتم تجميعها في محصول جديد من جزيئات الفيروس التي تغادر الخلية (غالبًا ما تقتلها أثناء العملية) وتنتشر إلى خلايا مستهدفة جديدة. باستثناء أثناء انتقالها من منازلها القديمة إلى منازلها الجديدة ، تعمل الفيروسات داخل خلاياك بأمان من أي أجسام مضادة قد تكون موجودة في الدم واللمف والإفرازات. ولكن في وقت مبكر من العملية ، تعرض الخلايا المصابة شظايا من البروتينات الفيروسية في جزيئات الطبقة السطحية الأولى. ستكون CTLs الخاصة بهذا المستضد قادرة على الارتباط بالخلية المصابة وغالبًا ما تكون قادرة على تدميرها قبل أن تتمكن من إطلاق محصول جديد من الفيروسات.

بشكل عام ، دور CD8+ تقوم الخلايا التائية بمراقبة جميع خلايا الجسم ، وعلى استعداد لتدمير أي شظايا مستضد غريب في جزيئاتها من الصنف الأول.

CD4+ الخلايا التائية

CD4+ تربط الخلايا التائية حاتمة تتكون من جزء من مستضد يقع في أخدود جزيء التوافق النسيجي من الدرجة الثانية. CD4+ تعد الخلايا التائية ضرورية لكل من فروع الجهاز المناعي التي تتوسطها الخلايا وتتوسط الأجسام المضادة:

  • المناعة الخلوية: هذه CD4+ ترتبط الخلايا بالمستضد الذي تقدمه الخلايا العارضة للمستضد (APCs) مثل البلاعم البلعمية والخلايا المتغصنة. ثم تطلق الخلايا التائية اللمفوكينات التي تجذب الخلايا الأخرى إلى المنطقة. والنتيجة هي التهاب: تراكم الخلايا والجزيئات التي تحاول عزل المادة المستضدية وتدميرها (الخراج هو أحد الأمثلة ، والطفح الجلدي بعد التعرض لبلاب السام هو مثال آخر).
  • مناعة بوساطة الجسم المضاد: هذه CD4+ الخلايا ، التي تسمى الخلايا التائية المساعدة ، ترتبط بالمستضد الذي تقدمه الخلايا البائية. والنتيجة هي تطوير استنساخ لخلايا البلازما التي تفرز أجسامًا مضادة لمواد المستضد.

الخلايا التائية

يوفر الإيدز مثالاً حياً على أهمية CD4+ الخلايا التائية في المناعة. يرتبط فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) بجزيئات CD4 وبالتالي فهو قادر على غزو وإصابة CD4+ الخلايا التائية. مع تقدم المرض ، فإن عدد CD4+ تنخفض الخلايا التائية عن مستواها الطبيعي البالغ حوالي 1000 لكل ميكروليتر (ميكرولتر). قد يكون التفسير الجزئي لهذا هو الجهود المتواصلة التي يبذلها المريض CD8+ الخلايا التائية لتدمير CD4 المصاب+ الخلايا. ومع ذلك ، اتضح أن جزءًا صغيرًا فقط من مرضى CD4+ تصاب الخلايا التائية في أي وقت. كيف غير مصاب CD4+ يمكن حث الخلايا على الانتحار في صفحة الاستماتة.

عندما يكون عدد CD4+ تنخفض الخلايا التائية إلى أقل من 400 لكل ميكروليتر ، وتنخفض قدرة المريض على الاستجابة المناعية بشكل خطير. لا يصبح المريض فقط أكثر عرضة لمسببات الأمراض التي تسبب لنا جميعًا الحزن ، ولكن أيضًا للكائنات الحية الدقيقة ، وخاصة الفيروسات والفطريات ، التي تعيش عادة في أنسجتنا دون الإضرار بنا. يمكن أن تكون هذه العدوى الانتهازية قاتلة.

بناء ذخيرة الخلايا التائية

تحتوي الخلايا التائية على مستقبلات (TCRs) ترتبط بشظايا المستضد الموجودة في جزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير. لكن جميع الخلايا تعبر عن جزيئات من الصنف الأول من معقد التوافق النسيجي الكبير تحتوي على شظايا مشتقة من بروتينات ذاتية. تعبر العديد من الخلايا عن جزيئات من الفئة الثانية معقد التوافق النسيجي الكبير التي تحتوي أيضًا على ببتيدات ذاتية. يمثل هذا خطرًا على حيوان الخلايا التائية التي تتعرف على مجمعات الببتيد الذاتي / معقد التوافق النسيجي الكبير وتشن هجومًا مناعيًا ذاتيًا ضدها. لحسن الحظ ، عادة ما يتم تجنب هذا من خلال عملية الاختيار التي تجري في الغدة الصعترية (حيث تتطور جميع الخلايا التائية).

تعمل العملية على النحو التالي:

  • تتشكل سلائف الخلايا التائية مثل جميع خلايا الدم في نخاع العظام.
  • ثم تهاجر هذه الخلايا إلى قشرة الغدة الصعترية. في هذا الوقت ليس لديهم TCR كامل ولا CD4 أو CD8 (وبالتالي يطلق عليهم "الخلايا المزدوجة السلبية" أو DN).
  • في قشرة الغدة الصعترية تبدأ في تكوين TCR وتوليف كل من CD4 و CD8 (لذا فهي الآن خلايا "موجبة مزدوجة" أو خلايا DP). تُظهر الخلايا القشرية في الغدة الصعترية مجموعة متنوعة من الجزيئات الصغيرة ، وعادة ما تكون ببتيدًا مكونًا من 6-8 أحماض أمينية مشتقة من بروتينات الجسم. أي البروتينات "الذاتية" مثل البروتينات داخل العصارة الخلوية وبروتينات المصل - البروتينات المنتشرة في الدم واللمف الموجودة في جزيء التوافق النسيجي (المشفر بواسطة MHC).
    • ستنتج معظم الخلايا (~ 97٪) TCR لا يرتبط بأي من جزيئات الببتيد- معقد التوافق النسيجي الكبير الموجودة على سطح الخلايا القشرية. ما لم يتمكنوا من المحاولة مرة أخرى باستخدام TCR جديد ، فإن هذه الخلايا تموت بسبب "الإهمال" (عن طريق موت الخلايا المبرمج ، في الواقع).
    • تلك الخلايا المتبقية التي ربط TCR بها مستضد الببتيد المقدم في جزيء معقد التوافق النسيجي الكبير من الفئة الثانية تتوقف عن التعبير عن CD8 وتصبح CD4+ الخلايا التائية. هذه هي الخلايا التي ستستمر لتصبح
      • خلايا Th1 في الاستجابات المناعية الخلوية
      • الخلايا المساعدة Th1 للخلايا اللمفاوية التائية السامة للخلايا (CTLs)
      • الخلايا المساعدة Th2 للخلايا البائية
    • تلك الخلايا المتبقية التي ربط TCR بها مستضد ببتيد مقدم في جزيء من الدرجة الأولى معقد التوافق النسيجي الكبير تتوقف عن التعبير عن CD4 وتصبح CD8+ الخلايا التائية.
    • ويقال إن مجموعتي الخلايا خضعت لانتقاء إيجابي.
  • بعد الاختيار الإيجابي ، تهاجر هذه الخلايا إلى لب الغدة الصعترية.
  • هناك تلك الخلايا التي يرتبط TCR بها بشدة بمجمعات الببتيد الذاتي و MHC الذاتي يتم تدميرها (مرة أخرى عن طريق موت الخلايا المبرمج).
  • تعتبر عملية الاختيار السلبي هذه مهمة لأنها تقضي على الخلايا التي قد تشن هجومًا مناعيًا ذاتيًا. إنها إحدى الطرق التي يتم من خلالها تحقيق التسامح مع المستضدات الذاتية. [رابط لمناقشة تحمل الخلايا التائية.]
  • الخلايا التي تربط TCRs بالمستضد عند تقارب أقل من العتبة التي تؤدي إلى موت الخلايا المبرمج تكون حرة في مغادرة الغدة الصعترية والهجرة في جميع أنحاء الجهاز المناعي (العقد الليمفاوية والطحال وما إلى ذلك)
  • هذه المجموعة هي التي نعتمد عليها لتكوين استجابات مناعية ضد المستضدات الأجنبية. قد يؤدي TCR الذي يربط الببتيد الذاتي / MHC الذاتي مع تقارب منخفض إلى ربط الببتيد الأجنبي في MHC الذاتي بتقارب عالي.

جاما / دلتا (γδ) خلايا تي

تختلف خلايا جاما / دلتا تي عن أبناء عمومتها ألفا / بيتا بعدة طرق:

  • يتم ترميز TCR الخاص بهم بواسطة شرائح جينية مختلفة.
  • يرتبط TCR الخاص بهم بـ
    • المستضدات التي يمكن أن تكون بروتينات سليمة (تمامًا كما تفعل الأجسام المضادة) بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الأنواع الأخرى من الجزيئات العضوية (غالبًا ما تحتوي على ذرات الفوسفور).
    • المستضدات التي لم يتم "تقديمها" ضمن جزيئات التوافق النسيجي من الصنف الأول أو الثاني ؛
    • المستضدات التي لا يتم تقديمها بواسطة الخلايا العارضة للمستضد "المهنية" (APCs) مثل الخلايا المتغصنة.
  • معظم هذه الخلايا التائية لا تحتوي على CD8 ولا CD4 على سطحها. هذا منطقي لأنهم لا يحتاجون إلى التعرف على جزيئات التوافق النسيجي من الصنف الأول والثاني.
  • تتطور خلايا جاما / دلتا تي ، مثل خلايا ألفا / بيتا تي ، في الغدة الصعترية. ومع ذلك ، فإنها تهاجر من هناك إلى أنسجة الجسم ، وخاصة الظهارة (على سبيل المثال ، الأمعاء والجلد وبطانة المهبل) ، ولا تعيد الدوران بين الدم والعقد الليمفاوية (لا تمثل أكثر من 5٪ من الخلايا التائية في الدم وهي أكثر ندرة في الغدد الليمفاوية). يواجهون مستضدات على سطح الخلايا الظهارية المحيطة بهم بدلاً من الاعتماد على APCs الموجودة في العقد الليمفاوية.

ما هي وظيفة الخلايا التائية؟

هذا لا يزال لغزا. نظرًا لوقوعها في الواجهات بين العالمين الخارجي والداخلي ، فقد تمثل خط الدفاع الأول ضد مسببات الأمراض الغازية. يبدو أن استجابتهم أسرع من استجابة الخلايا التائية αβ. من الغريب أن العديد من المستضدات التي تستجيب لها الخلايا التائية لا توجد فقط في أنواع معينة من الغزاة (على سبيل المثال ، المتفطرة السلية ، عامل السل) ولكن أيضًا على الخلايا المضيفة التي تتعرض لهجوم من قبل مسببات الأمراض.

الفئران التي لا تستطيع إنتاج الخلايا التائية تكون أبطأ في التئام إصابات جلدها. كما أنها أكثر عرضة للإصابة بسرطان الجلد من الفئران العادية. ربما تكون المراقبة المناعية إحدى وظائف الخلايا التائية.


خلايا ب

يحدث التطور المبكر للخلايا البائية والالتزام بسلالة الخلايا البائية في كبد الجنين قبل الولادة ، قبل أن يستمر في نخاع العظم طوال الحياة. تقع الخلايا البائية في مركز الجهاز المناعي الخلطي التكيفي وهي مسؤولة عن التوسط في إنتاج الغلوبولين المناعي الخاص بالمستضد (Ig) الموجه ضد مسببات الأمراض الغازية (المعروفة عادةً باسم الأجسام المضادة). تم اكتشاف وظيفة الخلايا البائية في الستينيات من قبل ماكس كوبر الذي أظهر أن إنتاج الأجسام المضادة قد تم إلغاؤه تمامًا في الدجاج المشع بعد الإزالة الجراحية لجراب فابريسيوس (الموقع الرئيسي لتطور الخلايا البائية في الطيور) والتي من خلالها تدوين "ب". تم اشتقاق الخلية. تم تعريف العديد من مجموعات فرعية من الخلايا B المنفصلة التي تمتلك وظائف متميزة في كل من الاستجابات المناعية الخلطية التكيفية والفطرية.

تطوير الخلايا البائية والمجموعات الفرعية للخلايا البائية (ريبيكا نيومان)

تطوير الخلايا البائية

تتكون الجلوبولينات المناعية من سلسلتين متطابقتين ثقيلتين وخفيفتين ، ترتبط بهما روابط ثاني كبريتيد. أثناء تطور الخلايا البائية ، يحدث إعادة ترتيب السلسلة الثقيلة Ig أولاً ، بدءًا من إعادة التركيب D-J ، والذي يحدث في السلالات اللمفاوية الشائعة (CLPs) وخلايا B السابقة. ويتبع ذلك إعادة تركيب V-DJ ينتج عنه بروتين وظيفي ثقيل السلسلة (Ig) في خلايا ما قبل B الكبيرة. ثم ترتبط السلسلة الثقيلة المعاد تجميعها بسلاسل الضوء البديلة وثنائي Ig / لتشكيل مستقبل الخلية B (pre-BCR) الذي يتم التعبير عنه على سطح الخلية. تؤدي الإشارة من خلال ما قبل BCR إلى انتشار وتمايز مكثف في مرحلة الخلية الصغيرة قبل B. ثم تخضع خلايا ما قبل B الصغيرة الهادئة لإعادة ترتيب V-J للسلسلة الخفيفة Ig ، مما يسمح بإنتاج BCR وظيفي كامل بخصوصية فريدة يتم التعبير عنها كـ IgM على سطح الخلايا البائية غير الناضجة. في محاولة لمنع النشاط الذاتي ، يتم التخلص من الخلايا البائية غير الناضجة التي تواجه Ag القادرة على ربط BCRs المعبر عنها حديثًا بواسطة مجموعة متنوعة من الآليات. بعد الإنتاج في BM ، تهاجر خلايا IgM + B السطحية غير الناضجة إلى الطحال حيث تتمايز من خلال مراحل خلايا B انتقالية مميزة تسمى T1 و T2 ، قبل التفريق إلى خلايا جريبية ناضجة طويلة العمر (FO) أو خلايا منطقة هامشية (MZ). وهكذا ، فإن الخلايا البائية تمر بمرحلتين من الاختيار المعتمد على المستضد والمعتمد على المستضد ، والتي يتم تنظيمها بإحكام من خلال أحداث الإشارات. لا تؤدي خلايا T3 B إلى ظهور الخلايا البائية الناضجة ، ولكنها تمثل مجموعة فرعية من الخلايا البائية المقاومة للحساسية والتي تم اختيارها بعيدًا عن المسار التنموي للخلايا البائية.

بالإضافة إلى خلايا FO و MZ B ، توجد مجموعة ثالثة من الخلايا B الناضجة تُعرف باسم خلايا B1. توجد خلايا B1 في عدد من الأنسجة بما في ذلك الطحال والأمعاء والتجويف البريتوني والتجويف الجنبي. تتميز خلايا B1 بأصول مميزة مكونة للدم في كبد الجنين ، ويبدو أن الموجة الأولية من تكون اللمفاويات في الجنين تميل نحو نمو الخلايا B1 B.

استجابات الخلايا البائية للمستضد

تعيد خلايا FO B الناضجة الدوران بين الأعضاء اللمفاوية الثانوية بحثًا عن مستضد. بعد مواجهة المستضد المشابه ، يمكن للخلايا البائية التي تتلقى مساعدة الخلايا التائية أن تدخل عدة احتمالات تنموية مختلفة. أولاً ، يمكن للخلايا أن تخضع للتمايز البلازمي ، وتشكل بلازميات خارج الجريبات وتشكل خلايا بلازما إفراز IgM. لا تحتوي هذه الخلايا على جينات Ig طافرة جسديًا وهي قصيرة العمر ولكنها توفر استجابة أولية سريعة للمستضد. الاحتمال التنموي الثاني هو إنشاء مركز جرثومي ، وهو هيكل متخصص تخضع فيه الخلايا البائية لجولات تكاثر مصحوبة بنضج تقارب: عملية تكرارية لطفرة الجين Ig والانتقاء مما يؤدي إلى تجمع الخلايا البائية الذي يمكن أن يرتبط بمستضد مع أعلى درجة تقارب. تخضع الخلايا أيضًا لإعادة تركيب التبديل الطبقي. يعد تحول فئة الغلوبولين المناعي إلى IgG و IgA و IgE آلية رئيسية لتنويع استجابات الخلايا البائية ، ومطابقة وظيفة الجسم المضاد مع التحدي المناعي. خلايا الذاكرة B وخلايا البلازما التي تعبر عن طفرة جسدية وذات تقارب كبير بشكل عام من BCRs من الأنماط النظيرية المبدلة تخرج من GC.

استجابات الخلايا البائية للمستضد (ريبيكا نيومان)

نخاع العظام الطبيعي والدم والأنسجة الليمفاوية

لفهم اللوكيميا ، من المفيد معرفة نظام الدم والجهاز الليمفاوي.

نخاع العظم

نخاع العظام هو الجزء الداخلي الرخو لعظام معينة. يتكون من خلايا تكوين الدم وخلايا دهنية وأنسجة داعمة. جزء صغير من الخلايا المكونة للدم دم الخلايا الجذعية.

داخل نخاع العظم ، تمر خلايا الدم الجذعية بسلسلة من التغييرات لإنتاج خلايا دم جديدة. خلال هذه العملية ، تتطور الخلايا إلى نوع واحد من ثلاثة أنواع رئيسية من مكونات خلايا الدم:

خلايا الدم الحمراء

تحمل خلايا الدم الحمراء (RBCs) الأكسجين من الرئتين إلى جميع الأنسجة الأخرى في الجسم ، وتعيد ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين لإزالته.

الصفائح

الصفائح الدموية هي في الواقع شظايا خلوية يصنعها نوع من خلايا نخاع العظام يسمى أ خلية نواة. تعتبر الصفائح الدموية مهمة في سد الثقوب في الأوعية الدموية الناتجة عن الجروح أو الكدمات.

خلايا الدم البيضاء

تساعد خلايا الدم البيضاء الجسم على مقاومة العدوى. تشمل الأنواع الرئيسية من كرات الدم البيضاء الخلايا الليمفاوية والخلايا المحببة والخلايا الوحيدة.

الخلايا الليمفاوية هي الخلايا الرئيسية التي تتكون منها الأنسجة الليمفاوية ، وهي جزء رئيسي من جهاز المناعة. تم العثور على الأنسجة الليمفاوية في الغدد الليمفاوية ، والغدة الصعترية ، والطحال ، واللوزتين واللحمية ، وتنتشر في جميع أنحاء الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي ونخاع العظام.

تتطور الخلايا الليمفاوية من خلايا تسمى الأرومات اللمفاوية لتصبح خلايا ناضجة ومقاومة للعدوى. هناك نوعان رئيسيان من الخلايا الليمفاوية:

  • الخلايا الليمفاوية البائية (الخلايا البائية): تساعد الخلايا البائية في حماية الجسم عن طريق صنع بروتينات تسمى الأجسام المضادة. تلتصق الأجسام المضادة بالجراثيم (البكتيريا والفيروسات والفطريات) في الجسم ، مما يساعد جهاز المناعة على تدميرها.
  • الخلايا اللمفاوية التائية (الخلايا التائية): هناك عدة أنواع من الخلايا التائية ، لكل منها وظيفة خاصة. يمكن لبعض الخلايا التائية تدمير الجراثيم مباشرة ، بينما يلعب البعض الآخر دورًا إما في تعزيز أو إبطاء نشاط خلايا الجهاز المناعي الأخرى.

يتطور ALL من الأشكال المبكرة من الخلايا الليمفاوية. يمكن أن يبدأ إما في الخلايا البائية أو الخلايا التائية المبكرة في مراحل مختلفة من النضج. نوقش هذا في ابيضاض الدم الليمفاوي الحاد (ALL) والأنواع الفرعية والعوامل التنبؤية.

حبيبات هي خلايا الدم البيضاء التي تحتوي على حبيبات ، وهي بقع يمكن رؤيتها تحت المجهر. تحتوي هذه الحبيبات على إنزيمات ومواد أخرى يمكنها تدمير الجراثيم ، مثل البكتيريا. تتميز الأنواع الثلاثة من الخلايا المحببة - العدلات ، الخلايا القاعدية ، والحمضات - بحجم ولون حبيباتها.

حيدات تساعد أيضًا في حماية الجسم من البكتيريا. بعد الدورة الدموية في مجرى الدم لمدة يوم تقريبًا ، تدخل الخلايا الوحيدة إلى أنسجة الجسم لتصبح بلاعم ، والتي يمكن أن تدمر بعض الجراثيم عن طريق المحيط بها وهضمها.


15.4C: الخلايا البائية والخلايا التائية - علم الأحياء

الحواجز الفيزيائية والكيميائية (المناعة الفطرية)

  • ال جلد يحتوي على طبقة سميكة من الخلايا الميتة في البشرة والتي توفر حاجزًا ماديًا. يزيل التساقط الدوري للبشرة الميكروبات.
  • ال الأغشية المخاطية ينتج مخاط التي تحبس الميكروبات.
  • شعر داخل الأنف يقوم بتصفية الهواء المحتوي على ميكروبات وغبار وملوثات
  • أهداب يبطن مصائد الجهاز التنفسي العلوي ويدفع الحطام المستنشق إلى الحلق
  • البول يطرد الميكروبات من مجرى البول
  • التغوط و التقيؤ -طرد الكائنات الحية الدقيقة.
  • ليسوزيم، وهو إنزيم ينتج في دموعوالعرق واللعاب يمكن أن يكسر جدران الخلايا وبالتالي يعمل كمضاد حيوي (يقتل البكتيريا)
  • عصير المعدة في المعدة يقضي على البكتيريا ومعظم السموم لأن العصارة المعدية شديدة الحموضة (درجة الحموضة 2-3)
  • اللعاب يخفف من عدد الكائنات الدقيقة ويغسل الأسنان والفم
  • حموضة على الجلد تمنع نمو البكتيريا
  • الزهم (الأحماض الدهنية غير المشبعة) توفر طبقة واقية على الجلد وتمنع النمو
  • حمض الهيالورونيك هي مادة هلامية تعمل على إبطاء انتشار العوامل الضارة

مقاومة غير محددة (مناعة فطرية)

  • الخلايا البلعمية ابتلاع وتدمير جميع الميكروبات التي تنتقل إلى أنسجة الجسم. على سبيل المثال البلاعم هي خلايا مشتقة من حيدات (نوع من خلايا الدم البيضاء). تغادر البلاعم مجرى الدم وتدخل أنسجة الجسم للقيام بدوريات بحثًا عن مسببات الأمراض. عندما يصادف الضامة ميكروبًا ، هذا ما يحدث:
    1. يرتبط الميكروب بالبلعمة.
    2. يمتد غشاء البلازما في البلعمة ويحيط بالميكروب ويأخذ الميكروب إلى الخلية في الحويصلة.
    3. تندمج الحويصلة مع الليزوزوم الذي يحتوي على إنزيمات هضمية.
    4. تبدأ الإنزيمات الهضمية في تكسير الميكروب. تستخدم البلعمة أي مغذيات يمكن أن تتركها وتترك الباقي كمواد غير قابلة للهضم وشظايا مستضدية داخل الحويصلة.
    5. تصنع البلعمة علامات البروتين وتدخل الحويصلة.
    6. تتم إزالة المواد غير القابلة للهضم عن طريق إفراز الخلايا.
    7. ترتبط شظايا المستضد بعلامة البروتين ويتم عرضها على سطح غشاء البلازما. تفرز البلاعم بعد ذلك الإنترلوكين -1 الذي ينشط الخلايا التائية لإفراز إنترلوكين 2 ، كما هو موضح أدناه تحت مقاومة محددة.
  • إشعال هي استجابة نسيجية موضعية تحدث عندما تتلف أنسجتك واستجابة لمحفزات أخرى. يجلب الالتهاب المزيد من خلايا الدم البيضاء إلى الموقع الذي غزت فيه الميكروبات. ينتج عن الاستجابة الالتهابية تورم واحمرار وسخونة وألم
  • حمى يمنع نمو البكتيريا ويزيد من معدل إصلاح الأنسجة أثناء الإصابة.

المقاومة النوعية (المناعة المكتسبة)

  1. عندما يتم الكشف عن مستضد بواسطة البلاعم (كما هو موضح أعلاه تحت البلعمة) ، فإن هذا يتسبب في تنشيط الخلايا التائية.

    يسمى تنشيط الخلايا التائية بواسطة مستضد معين مناعة خلوية. يحتوي الجسم على ملايين الخلايا التائية المختلفة ، كل منها قادر على الاستجابة لمستضد معين.

  2. تفرز الخلايا التائية انترلوكين 2. انترلوكين 2 يسبب انتشار بعض الخلايا التائية السامة للخلايا و الخلايا البائية.
  3. من هنا ، تتبع الاستجابة المناعية مسارين: أحدهما يستخدم الخلايا التائية السامة للخلايا والآخر يستخدم الخلايا البائية.
  • الخلايا التائية السامة للخلايا قادرة على التعرف على المستضدات الموجودة على سطح خلايا الجسم المصابة.
  • ترتبط الخلايا التائية السامة للخلايا بالخلايا المصابة وتفرز السموم الخلوية التي تحفز موت الخلايا المبرمج (انتحار الخلية) في الخلية المصابة و perforins التي تسبب ثقوب في الخلايا المصابة.
  • كل من هاتين الآليتين تدمر العامل الممرض في خلية الجسم المصابة.

انقر هنا للحصول على رسم متحرك عن الخلايا التائية السامة للخلايا.

يتبع الرسوم المتحركة أسئلة الممارسة. انقر هنا لمزيد من أسئلة التدريب.

تفعيل الخلية التائية المساعدة ودورها في المناعة:

مسار الخلية التائية

  • يمكن للخلايا التائية إما تدمير الميكروبات مباشرة أو استخدام إفرازات كيميائية لتدميرها.
  • في الوقت نفسه ، تحفز الخلايا التائية الخلايا البائية على الانقسام والتكوين خلايا البلازما القادرة على الإنتاج الأجسام المضادة و خلايا الذاكرة ب.
  • إذا دخل نفس المستضد إلى الجسم لاحقًا ، فإن خلايا الذاكرة B تنقسم لإنتاج المزيد من خلايا البلازما وخلايا الذاكرة التي يمكن أن تحمي من الهجمات المستقبلية من نفس المستضد.
  • عندما تقوم الخلايا التائية بتنشيط (تحفيز) الخلايا البائية لتقسيمها إلى خلايا بلازما ، فإن هذا يسمى مناعة بوساطة الأجسام المضادة.

انقر هنا للحصول على رسم متحرك عن الاستجابة المناعية.

يتبع الرسوم المتحركة أسئلة الممارسة.

  • مفتش
  • IgM
  • إيغا
  • IgE
  • IgD

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الخلايا التائية:

هذه الخلايا تفرز أنانتيرلوكين 2 (أنا -2) الذي يحفز انقسام الخلايا للخلايا التائية والخلايا البائية. بمعنى آخر ، تقوم هذه الخلايا بتجنيد المزيد من الخلايا للمساعدة في محاربة العوامل الممرضة.

تظل هذه الخلايا نائمة بعد التعرض الأولي لمستضد. إذا قدم نفس المستضد نفسه مرة أخرى ، حتى لو كان ذلك بعد سنوات ، يتم تحفيز خلايا الذاكرة لتحويل نفسها إلى خلايا T السامة للخلايا والمساعدة في محاربة العامل الممرض.

تستند هذه المواد إلى العمل المدعوم من قبل برنامج المنح التعليمية للتمريض ، والصحة المتحالفة ، وغيرها من برامج المنح التعليمية المتعلقة بالصحة ، وهو برنامج منح ممول من عائدات تسوية الدعوى القضائية الخاصة بالولاية & rsquos Tobacco ويديره مجلس تنسيق التعليم العالي في تكساس.


ما هي الأجسام المضادة وحيدة النسيلة؟

قال جودمان إن الأجسام المضادة أصبحت أساسًا لبعض الأدوية الأكثر فائدة ، بالإضافة إلى بعض أقوى تقنيات المختبر في علم الأحياء. أحد هؤلاء النجوم الإكلينيكيين والعلاجيين هو ما يُعرف بالجسم المضاد أحادي النسيلة.

لإنشاء جسم مضاد أحادي النسيلة ، يقوم الباحثون بتطعيم حيوان (أو ربما بشري) لتحفيز إنتاج الأجسام المضادة ضد مادة معينة. سيصنع الجسم تدريجياً أجسامًا مضادة تكون أكثر فاعلية ضد هذا المستضد. قال جودمان إن هذه الخلايا المنتجة للأجسام المضادة يتم ترشيحها بعد ذلك من خلايا الدم البيضاء ووضعها في طبق لمعرفة الخلايا التي تربط المستضد بشكل أفضل. يتم بعد ذلك عزل الخلية التي تربط الأفضل - فهي مصنع لإنتاج الأجسام المضادة ، ويتم شحذها على وجه التحديد لإنتاج جسم مضاد انتقائي فائق.

من هناك ، تندمج هذه الخلية في خلية سرطانية في الدم ، منتجة شيئًا يسمى الورم الهجين. هذا الورم الهجين ، أو monoclone ، هو مولد لا ينضب من نفس الجسم المضاد بالضبط ، مرارًا وتكرارًا. (يربط الباحثون الخلية أحادية النسيلة بخلية سرطانية لأن السرطان يستمر في التكاثر).

قال غودمان: "إنه ينتج وينتج وينتج فقط ، ولن يتوقف أبدًا ، وهو سرطان ، لذلك فهو خالد في الأساس". ما ينتج هو جسم مضاد أحادي النسيلة.

خطوط الخلايا هذه لديها مجموعة متنوعة بشكل لا يصدق من الاستخدامات. قال جودمان إن هناك الملايين من الأجسام المضادة وحيدة النسيلة التجارية ، والتي تُستخدم في المختبرات لتحديد الأهداف الخلوية الأصغر والأكثر تحديدًا للدراسة.

قال غودمان: "إنها أدوات مذهلة ودقيقة بشكل مذهل".

تشكل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة أيضًا الأساس للعديد من الأدوية الرائجة. على سبيل المثال ، عقار adalimumab (الاسم التجاري Humira) ، هو جسم مضاد أحادي النسيلة يعالج التهاب المفاصل الروماتويدي عن طريق تثبيط بروتين التهابي يعرف باسم السيتوكين. وهناك مادة أخرى تسمى بيفاسيزوماب (أفاستين) تستهدف الجزيء الذي يغذي نمو الأوعية الدموية عن طريق منع هذا الجزيء ، ويمكن أن يبطئ بيفاسيزوماب نمو الرئة والقولون والكلى وبعض سرطانات الدماغ.

وقال جرين إنه في جائحة السارس- CoV-2 ، يتسابق الأطباء في جميع أنحاء العالم لإنتاج أجسام مضادة وحيدة النسيلة من المأمول أن تحيد فيروس كورونا الجديد. تتم تصفية هذه الأجسام المضادة من بلازما الأشخاص الذين تعافوا من COVID-19 (يُسمى أيضًا مصل النقاهة). الأمل هو أنه من خلال عزل الأجسام المضادة الأكثر فاعلية ، ومن ثم إنتاجها بشكل جماعي ، يمكن للأطباء إنشاء علاج يوفر مناعة مؤقتة "سلبية" حتى يتمكن الجسم من اللحاق بالركب وتكوين استجابة فعالة وطويلة الأمد على قال غرين.

على النقيض من ذلك ، يتم اشتقاق الأجسام المضادة متعددة النسيلة من خلايا ب متعددة. الأجسام المضادة متعددة النسيلة هي مكتبة من الأجسام المضادة التي ترتبط جميعها بأجزاء مختلفة قليلاً من المستضد أو الهدف. عادةً ما يتم إنتاج الأجسام المضادة متعددة النسيلة عن طريق حقن حيوان بالمستضد ، وتحفيز الاستجابة المناعية ، ثم استخراج بلازما الحيوانات لإنتاج أجسام مضادة بشكل جماعي ، وفقًا لدراسة أجريت عام 2005 في مجلة معهد أبحاث الحيوانات المختبرية (ILAR).

على عكس الأجسام المضادة أحادية النسيلة ، والتي يمكن أن تستغرق ما يصل إلى 6 أشهر لإنتاجها ، يمكن تصنيع الأجسام المضادة متعددة النسيلة في غضون 4 إلى 8 أسابيع ، وتتطلب خبرة تقنية أقل. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة لأنواع معينة من الاختبارات حيث تحاول اكتشاف المستضد ، قد يكون لدى الأجسام المضادة متعددة النسيلة فرصة أفضل للارتباط بالمستضد المستهدف ، مما يجعلها أكثر حساسية. الجانب السلبي للأجسام المضادة متعددة النسيلة هو أنه نظرًا لأن كل حيوان على حدة قد ينتج مجموعة مختلفة من الأجسام المضادة ، فإن جعل الأجسام المضادة متعددة النسيلة المتسقة من دفعة إلى أخرى قد تكون أكثر صعوبة ، وليس من السهل الحصول على إمداد كبير ، وفقًا لـ دراسة عام 2005 في مجلة Biotechniques.


خلايا جهاز المناعة

يقدم هذا البرنامج التعليمي لمحة عامة عن جهاز المناعة ، مع التركيز على الأدوار التي تلعبها الخلايا الليمفاوية B و T ، وعلى نظام عرض المستضد.

تمتلك جميع الحيوانات نظام دفاع غير محدد يسمى الجهاز المناعي الفطري ، والذي يتضمن الضامة في الثدييات. تتمتع الفقاريات باستجابة مناعية قوية إضافية تسمى المناعة التكيفية. يصف برنامج Click & amp Learn هذا العناصر الرئيسية لجهاز المناعة التكيفي ، بما في ذلك الخلايا البائية وجزيئات الجسم المضاد والخلايا التائية المساعدة والخلايا التائية السامة للخلايا وعرض المستضد.

ترشد ورقة العمل المصاحبة استكشاف الطلاب.

يوجه رابط "Resource Google Folder" إلى مجلد Google Drive لمستندات الموارد بتنسيق محرّر مستندات Google. قد لا تتوفر جميع المستندات القابلة للتنزيل الخاصة بالمورد بهذا التنسيق. تم تعيين مجلد Google Drive على أنه "عرض فقط" لحفظ نسخة من المستند في هذا المجلد على Google Drive ، وافتح هذا المستند ، ثم حدد ملف ← "إنشاء نسخة". يمكن نسخ هذه المستندات وتعديلها وتوزيعها عبر الإنترنت باتباع شروط الاستخدام المدرجة في قسم "التفاصيل" أدناه ، بما في ذلك اعتماد BioInteractive.

أهداف تعلم الطلاب

وصف الأدوار التي تلعبها الخلايا المناعية المختلفة في حماية جسم الإنسان من العدوى.


الأنواع - مرض فقر الدم المنجلي

الأشخاص المصابون بمرض الخلايا المنجلية لديهم هيموجلوبين غير طبيعي يسمى الهيموجلوبين S أو الهيموجلوبين المنجلي في خلايا الدم الحمراء. الهيموجلوبين هو بروتين موجود في خلايا الدم الحمراء يحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم. الأشخاص المصابون بمرض الخلايا المنجلية يرثون جينين غير طبيعيين من الهيموجلوبين ، واحد من كل والد.

تشمل أنواع مرض فقر الدم المنجلي ما يلي:

  • الهيموغلوبين Sβ0 الثلاسيميا
  • الهيموغلوبين Sβ + الثلاسيميا
  • الهيموجلوبين SC
  • الهيموغلوبين SD
  • الهيموغلوبين SE
  • الهيموغلوبين SS

في جميع أنواع مرض فقر الدم المنجلي ، يتسبب أحد الجينين الشاذين على الأقل في قيام جسم الشخص بتكوين الهيموجلوبين S. عندما يكون لدى الشخص جيني هيموجلوبين S (الهيموجلوبين SS) ، يُسمى المرض فقر الدم المنجلي. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا والأكثر خطورة من مرض فقر الدم المنجلي. مرض الهيموغلوبين SC ومرض الهيموغلوبين Sβ الثلاسيميا هما نوعان شائعان آخران من مرض فقر الدم المنجلي. الهيموغلوبين SD والهيموغلوبين SE أقل شيوعًا.


15.4C: الخلايا البائية والخلايا التائية - علم الأحياء

تتحرك كميات كبيرة من جزيئات الماء باستمرار عبر أغشية الخلايا عن طريق الانتشار البسيط ، وغالبًا ما يتم تسهيل ذلك بالحركة عبر بروتينات الغشاء ، بما في ذلك الأكوابورينات. بشكل عام ، الحركة الصافية للمياه داخل الخلايا أو خارجها لا تكاد تذكر. على سبيل المثال ، تم تقدير أن كمية من الماء تعادل ما يقرب من 100 ضعف حجم الخلية تنتشر عبر غشاء خلايا الدم الحمراء في كل ثانية لا تفقد الخلية أو تكتسب الماء بسبب دخول كميات متساوية وخروجها.

ومع ذلك ، هناك العديد من الحالات التي يحدث فيها التدفق الصافي للمياه عبر أغشية الخلايا وصفائح الخلايا. من الأمثلة التي لها أهمية كبيرة بالنسبة لك إفراز وامتصاص الماء في الأمعاء الدقيقة. في مثل هذه الحالات ، لا يزال الماء يتحرك عبر الأغشية عن طريق الانتشار البسيط ، لكن العملية مهمة بما يكفي لتبرير اسم مميز - التناضح.

التناضح والحركة الصافية للمياه

التناضح هو الحركة الصافية للمياه عبر غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي مدفوعًا باختلاف في تركيزات الذائبة على جانبي الغشاء. الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي هو الغشاء الذي يسمح بمرور غير مقيد للماء ، ولكن ليس الجزيئات أو الأيونات الذائبة.

تؤدي التركيزات المختلفة للجزيئات الذائبة إلى تراكيز مختلفة من جزيئات الماء الحرة على جانبي الغشاء. على جانب الغشاء الذي يحتوي على تركيز أعلى من الماء الحر (أي تركيز أقل من المذاب) ، فإن المزيد من جزيئات الماء ستضرب المسام في الغشاء في فترة زمنية معينة. المزيد من الضربات يعني مرور المزيد من الجزيئات عبر المسام ، مما يؤدي بدوره إلى الانتشار الصافي للمياه من الحجرة ذات التركيز العالي للمياه الحرة إلى تلك التي تحتوي على تركيز منخفض من الماء الحر.

المفتاح الذي يجب تذكره بشأن التناضح هو أن الماء يتدفق من المحلول بتركيز منخفض من الذائبة إلى المحلول ذي التركيز العالي للذوبان. هذا يعني أن الماء يتدفق استجابة للاختلافات في المولارية عبر الغشاء. لا يؤثر حجم الجزيئات الذائبة على التناضح. يتم الوصول إلى التوازن بمجرد أن يتحرك الماء الكافي لمعادلة تركيز المذاب على جانبي الغشاء ، وعند هذه النقطة ، يتوقف صافي تدفق الماء. فيما يلي مثال بسيط لتوضيح هذه المبادئ:

يتم فصل حاويتين متساويتين في الحجم بواسطة غشاء يسمح بمرور الماء بحرية ، ولكنه يقيد تمامًا مرور الجزيئات الذائبة. يحتوي المحلول A على 3 جزيئات من بروتين الألبومين (الوزن الجزيئي 66000) ويحتوي المحلول B على 15 جزيءًا من الجلوكوز (الوزن الجزيئي 180). في أي حجرة سيتدفق الماء ، أو لن تكون هناك حركة صافية للمياه؟ [ إجابه ]

يتم توفير أمثلة إضافية حول كيفية تحديد الاتجاه الذي ستتدفق فيه المياه في ظروف مختلفة.

توترية

عند التفكير في التناضح ، فإننا نقارن دائمًا تركيزات الذائبة بين حلين ، وتستخدم بعض المصطلحات القياسية بشكل شائع لوصف هذه الاختلافات:

  • متساوي التوتر: الحلول التي تتم مقارنتها لها تركيز متساوٍ من المواد المذابة.
  • مفرط التوتر: المحلول الذي يحتوي على نسبة عالية من المواد المذابة.
  • منخفض التوتر: المحلول الذي يحتوي على تركيز منخفض من المواد المذابة.

في الأمثلة أعلاه ، الحلان A و B متساويان التوتر (مع بعضهما البعض) ، والحلان A و B كلاهما مفرط التوتر مقارنة بالحل C ، والحل C منخفض التوتر بالنسبة للحلين A و B.

يؤدي انتشار الماء عبر الغشاء إلى توليد ضغط يسمى الضغط الاسموزي. إذا ارتفع الضغط في الحجرة التي يتدفق فيها الماء إلى ما يعادل الضغط الاسموزي ، فستتوقف حركة الماء. غالبًا ما يُطلق على هذا الضغط الضغط الهيدروستاتيكي (توقف الماء). يستخدم المصطلح الأسمولية لوصف عدد الجزيئات الذائبة في حجم السائل. تستخدم Osmoles لوصف التركيز من حيث عدد الجسيمات - يحتوي محلول أسمولار واحد على 1 مول من الجسيمات النشطة تناضحيًا (الجزيئات والأيونات) لكل لتر.

يتمثل العرض الكلاسيكي للتناضح والضغط التناضحي في غمر خلايا الدم الحمراء في محاليل ذات أسمولية متفاوتة ومراقبة ما يحدث. مصل الدم متساوي التوتر فيما يتعلق بالسيتوبلازم ، وتتخذ الخلايا الحمراء في هذا المحلول شكل قرص ثنائي التجويف. لتحضير الصور الموضحة أدناه ، تم تعليق الخلايا الحمراء من مؤلفك الجريء في ثلاثة أنواع من الحلول:

  • متساوي التوتر - تم تخفيف الخلايا في مصل الدم: لاحظ الشكل الجميل للخلايا ثنائية التقعر أثناء دورانها في الدم.
  • منخفض التوتر - تم تخفيف الخلايا في المصل في الماء: عند 200 ملي مول (mOs) ، تنتفخ الخلايا بشكل واضح وفقدت شكلها ثنائي الكهف ، وعند 100 ميكرو مول ، انتفخ معظمها كثيرًا حتى تمزق ، تاركًا ما يسمى باللون الأحمر أشباح خلايا الدم. في محلول ناقص التوتر ، يندفع الماء إلى الخلايا.
  • مفرط التوتر - تم خلط محلول مركَّز من كلوريد الصوديوم مع الخلايا والمصل لزيادة الأسمولية: عند 400 ميكروغرام وخاصة عند 500 مللي ، يتدفق الماء من الخلايا ، مما يتسبب في انهيارها وتفترض المظهر الشائك الذي تراه.

تنبأ بما سيحدث إذا قمت بخلط كمية كافية من الماء مع عينة 500 mOs الموضحة أعلاه لتقليل الأسمولية إلى حوالي 300 mOs.

حساب الضغط الاسموزي والهيدروستاتيكي

إن تدفق الماء عبر الغشاء استجابة لتركيزات مختلفة من المواد المذابة على كلا الجانبين - التناضح - يولد ضغطًا عبر الغشاء يسمى الضغط الاسموزي. يُعرَّف الضغط التناضحي بأنه الضغط الهيدروستاتيكي المطلوب لإيقاف تدفق المياه ، وبالتالي ، فإن الضغوط التناضحية والهيدروستاتيكية متكافئة لجميع المقاصد والأغراض. يمكن أن يكون الغشاء المشار إليه هنا عبارة عن طبقة دهنية ثنائية صناعية أو غشاء بلازما أو طبقة من الخلايا.

يتم تقريب الضغط الاسموزي P لمحلول مخفف بما يلي:

حيث R هو ثابت الغاز (0.082 لتر جو / درجة مول) ، T هي درجة الحرارة المطلقة ، و C1. Cn هي التركيزات المولية لجميع المواد المذابة (الأيونات والجزيئات).

وبالمثل ، فإن الضغط الاسموزي عبر الغشاء الذي يفصل بين محلولين هو:

where &DeltaC is the difference in solute concentration between the two solutions. Thus, if the membrane is permeable to water and not solutes, osmotic pressure is proportional to the difference in solute concentration across the membrane (the proportionality factor is RT).


Transplant problems that may show up later

The type of problems that can happen after a transplant depend on many factors, such as the type of transplant done, the pre-transplant chemo or radiation treatment used, the patient’s overall health, the patient’s age when the transplant was done, the length and degree of immune system suppression, and whether chronic graft-versus-host-disease (GVHD) is present and how bad it is. The problems can be caused by the conditioning treatment (the pre-transplant chemotherapy and radiation therapy), especially total body irradiation, or by other drugs used during transplant (such as the drugs that may be needed to suppress the immune system after transplant). Possible long-term risks of transplant include:

  • Organ damage
  • Relapse (the cancer comes back)
  • Secondary (new) cancers
  • Abnormal growth of lymph tissues
  • Infertility (the inability to produce children)
  • Hormone changes, such as changes in the thyroid or pituitary gland
  • Cataracts (clouding of the lens of the eye, which causes vision loss)

The medicines used in transplants can harm the body’s organs, such as the heart, lungs, kidneys, liver, bones/joints, and nervous system. You may need careful follow-up with close monitoring and treatment of the long-term organ problems that the transplant can cause. Some of these, like infertility, should be discussed before the transplant, so you can prepare for them.

It’s important to find and quickly treat any long-term problems. Tell your doctor right away if you notice any changes or problems. Physical exams by your doctor, blood work, imaging tests, lung/breathing studies, and other tests will help look for and keep tabs on organ problems.

As transplant methods have improved, more people are living longer and doctors are learning more about the long-term results of stem cell transplant. Researchers continue to look for better ways to care for these survivors to give them the best possible quality of life.

Cancer that comes back

The goal of a stem cell transplant in cancer is to prolong life and, in many cases, even cure the cancer. But in some cases, the cancer comes back (sometimes called relapse or recurrence depending on when it might occur after a transplant). Relapse or recurrence can happen a few months to a few years after transplant. It happens much more rarely 5 or more years after transplant.

If cancer comes back, treatment options are often quite limited. A lot depends on your overall health at that point, and whether the type of cancer you have responds well to drug treatment. Treatment for those who are otherwise healthy and strong may include chemotherapy or targeted therapy. Some patients who have had allogeneic transplants may be helped by getting white blood cells from the same donor (this is called donor lymphocyte infusion) to boost the graft-versus-cancer effect. Sometimes a second transplant is possible. But most of these treatments pose serious risks even to healthier patients, so those who are frail, older, or have chronic health problems are often unable to have them.

Other options may include palliative (comfort) care, or a clinical trial of an investigational treatment. It’s important to know what the expected outcome of any further treatment might be, so talk with your doctor about the purpose of the treatment. Be sure you understand the benefits and risks before you decide.

Second cancers (new cancers caused by treatment)

Along with the possibility of the original cancer coming back (relapse) after it was treated with a stem cell transplant, there is also a chance of having a second cancer after transplant. Studies have shown that people who have had allogeneic transplants have a higher risk of second cancer than people who got a different type of stem cell transplant.

A cancer called post-transplant lymphoproliferative disease (PTLD), if it occurs, usually develops within the first year after the transplant. Other conditions and cancers that can happen are solid tumor cancers in different organs, leukemia, and myelodysplastic syndromes. These other conditions, if they occur, tend to develop a few years or longer after the transplant.

Risk factors for developing a second cancer are being studied and may include:

  • Radiation (such as total body irradiation) and high-dose chemo as part of the conditioning treatment
  • Previous chemo or radiation treatment that was not part of the transplant process the younger a person is when radiation is given, the more that person is at risk for certain types of cancer.
  • Immune system problems (such as graft-versus-host disease, HLA-mismatched allogeneic transplant, and immunosuppressant therapy)
  • Infection with viruses such as Epstein-Barr (EBV), cytomegalovirus (CMV), hepatitis B (HBV), or hepatitis C (HCV)
  • The type of cancer you received the transplant for: for people who had their transplant when younger than 30 years old, those who had certain leukemias had a higher risk of having another cancer than people who did not have these leukemias.

Successfully treating a first cancer gives a second cancer time (and the chance) to develop. No matter what type of cancer is treated, and even without the high doses used for transplant, treatments like radiation and chemo can lead to a second cancer in the future.

Post-transplant lymphoproliferative disorder

Post-transplant lymphoproliferative disorder (PTLD) is an out-of-control growth of lymph cells, actually a type of lymphoma, that can develop after an allogeneic stem cell transplant. It’s linked to T-cells (a type of white blood cell that is part of the immune system) and the presence of Epstein-Barr virus (EBV). T-cells normally help rid the body of cells that contain viruses. When the T-cells aren’t working well, EBV-infected B-lymphocytes (a type of white blood cell) can grow and multiply. Most people are infected with EBV at some time during their lives, but the infection is controlled by a healthy immune system. The pre-transplant treatment given weakens the immune system, allowing the EBV infection to get out of control, which can lead to a PTLD.

Still, PTLD after allogeneic stem cell transplant is fairly rare. It most often develops within 1 to 6 months after allogeneic stem cell transplant, when the immune system is still very weak.

PTLD is life-threatening. It may show up as lymph node swelling, fever, and chills. There’s no one standard treatment, but it’s often treated by cutting back on immunosuppressant drugs to let the patient’s immune system fight back. Other treatments include white blood cell (lymphocyte) transfusions to boost the immune response, using drugs like rituximab to kill the B cells, and giving anti-viral drugs to treat the EBV.

Even though PTLD doesn’t often happen after transplant, it’s more likely to occur with less well-matched donors and when strong suppression of the immune system is needed. Studies are being done to identify risk factors for PTLD and look for ways to prevent it in transplant patients who are at risk.


15.4C: B Cells and T Cells - Biology

I. TYPES OF CELLS GROWN IN CULTURE

Tissue culture is often a generic term that refers to both organ culture and cell culture and the terms are often used interchangeably. Cell cultures are derived from either primary tissue explants or cell suspensions. Primary cell cultures typically will have a finite life span in culture whereas continuous cell lines are, by definition, abnormal and are often transformed cell lines.

ثانيًا. WORK AREA AND EQUIPMENT

A. Laminar flow hoods. There are two types of laminar flow hoods, vertical and horizontal. The vertical hood, also known as a biology safety cabinet, is best for working with hazardous organisms since the aerosols that are generated in the hood are filtered out before they are released into the surrounding environment. Horizontal hoods are designed such that the air flows directly at the operator hence they are not useful for working with hazardous organisms but are the best protection for your cultures. Both types of hoods have continuous displacement of air that passes through a HEPA (high efficiency particle) filter that removes particulates from the air. In a vertical hood, the filtered air blows down from the top of the cabinet in a horizontal hood, the filtered air blows out at the operator in a horizontal fashion. NOTE: these are not fume hoods and should not be used for volatile or explosive chemicals. They should also never be used for bacterial or fungal work. The hoods are equipped with a short-wave UV light that can be turned on for a few minutes to sterilize the surfaces of the hood, but be aware that only exposed surfaces will be accessible to the UV light. Do not put your hands or face near the hood when the UV light is on as the short wave light can cause skin and eye damage. The hoods should be turned on about 10-20 minutes before being used. Wipe down all surfaces with ethanol before and after each use. Keep the hood as free of clutter as possible because this will interfere with the laminar flow air pattern.

B. CO2Incubators. The cells are grown in an atmosphere of 5-10% CO2 because the medium used is buffered with sodium bicarbonate/carbonic acid and the pH must be strictly maintained. Culture flasks should have loosened caps to allow for sufficient gas exchange. Cells should be left out of the incubator for as little time as possible and the incubator doors should not be opened for very long. The humidity must also be maintained for those cells growing in tissue culture dishes so a pan of water is kept filled at all times.

C. Microscopes. Inverted phase contrast microscopes are used for visualizing the cells. Microscopes should be kept covered and the lights turned down when not in use. Before using the microscope or whenever an objective is changed, check that the phase rings are aligned.

D. Preservation. Cells are stored in liquid nitrogen (see Section III- Preservation and storage).

E. Vessels. Anchorage dependent cells require a nontoxic, biologically inert, and optically transparent surface that will allow cells to attach and allow movement for growth. The most convenient vessels are specially-treated polystyrene plastic that are supplied sterile and are disposable. These include petri dishes, multi-well plates, microtiter plates, roller bottles, and screwcap flasks - T-25, T-75, T-150 (cm 2 of surface area). Suspension cells are either shaken, stirred, or grown in vessels identical to those used for anchorage-dependent cells.

ثالثا. PRESERVATION AND STORAGE. Liquid N2 is used to preserve tissue culture cells, either in the liquid phase (-196°C) or in the vapor phase (-156°C). Freezing can be lethal to cells due to the effects of damage by ice crystals, alterations in the concentration of electrolytes, dehydration, and changes in pH. To minimize the effects of freezing, several precautions are taken. First, a cryoprotective agent which lowers the freezing point, such as glycerol or DMSO, is added. A typical freezing medium is 90% serum, 10% DMSO. In addition, it is best to use healthy cells that are growing in log phase and to replace the medium 24 hours before freezing. Also, the cells are slowly cooled from room temperature to -80°C to allow the water to move out of the cells before it freezes. The optimal rate of cooling is 1°-3°C per minute. Some labs have fancy freezing chambers to regulate the freezing at the optimal rate by periodically pulsing in liquid nitrogen. We use a low tech device called a Mr. Frosty (C#1562 -Nalgene, available from Sigma). The Mr. Frosty is filled with 200 ml of isopropanol at room temperature and the freezing vials containing the cells are placed in the container and the container is placed in the -80°C freezer. The effect of the isopropanol is to allow the tubes to come to the temperature of the freezer slowly, at about 1°C per minute. Once the container has reached -80°C (about 4 hours or, more conveniently, overnight) the vials are removed from the Mr. Frosty and immediately placed in the liquid nitrogen storage tank. Cells are stored at liquid nitrogen temperatures because the growth of ice crystals is retarded below -130°C. To maximize recovery of the cells when thawing, the cells are warmed very quickly by placing the tube directly from the liquid nitrogen container into a 37°C water bath with moderate shaking. As soon as the last ice crystal is melted, the cells are immediately diluted into prewarmed medium.

Cultures should be examined daily, observing the morphology, the color of the medium and the density of the cells. A tissue culture log should be maintained that is separate from your regular laboratory notebook. The log should contain: the name of the cell line, the medium components and any alterations to the standard medium, the dates on which the cells were split and/or fed, a calculation of the doubling time of the culture (this should be done at least once during the semester), and any observations relative to the morphology, etc.

A. Growth pattern. Cells will initially go through a quiescent or lag phase that depends on the cell type, the seeding density, the media components, and previous handling. The cells will then go into exponential growth where they have the highest metabolic activity. The cells will then enter into stationary phase where the number of cells is constant, this is characteristic of a confluent population (where all growth surfaces are covered).

B. Harvesting. Cells are harvested when the cells have reached a population density which suppresses growth. Ideally, cells are harvested when they are in a semi-confluent state and are still in log phase. Cells that are not passaged and are allowed to grow to a confluent state can sometime lag for a long period of time and some may never recover. It is also essential to keep your cells as happy as possible to maximize the efficiency of transformation. Most cells are passaged (or at least fed) three times a week.

1. Suspension culture. Suspension cultures are fed by dilution into fresh medium.

2. Adherent cultures. Adherent cultures that do not need to be divided can simply be fed by removing the old medium and replacing it with fresh medium.

When the cells become semi-confluent, several methods are used to remove the cells from the growing surface so that they can be diluted:

  • Mechanical - A rubber spatula can be used to physically remove the cells from the growth surface. This method is quick and easy but is also disruptive to the cells and may result in significant cell death. This method is best when harvesting many different samples of cells for preparing extracts, i.e., when viability is not important.
  • Proteolytic enzymes - Trypsin, collagenase, or pronase, usually in combination with EDTA, causes cells to detach from the growth surface. This method is fast and reliable but can damage the cell surface by digesting exposed cell surface proteins. The proteolysis reaction can be quickly terminated by the addition of complete medium containing serum
  • EDTA - EDTA alone can also be used to detach cells and seems to be gentler on the cells than trypsin. The standard procedure for detaching adherent cells is as follows:

C. Media and growth requirements

1. Physiological parameters

A. temperature - 37C for cells from homeother

B. pH - 7.2-7.5 and osmolality of medium must be maintained

D. gas phase - bicarbonate conc. وشارك2 tension in equilibrium

E. visible light - can have an adverse effect on cells light induced production of toxic compounds can occur in some media cells should be cultured in the dark and exposed to room light as little as possible

2. Medium requirements: (often empirical)

A. Bulk ions - Na, K, Ca, Mg, Cl, P, Bicarb or CO2
B. Trace elements - iron, zinc, selenium
C. sugars - glucose is the most common
D. amino acids - 13 essential
E. vitamins - B, etc.
F. choline, inositol
G. serum - contains a large number of growth promoting activities such as buffering toxic nutrients by binding them, neutralizes trypsin and other proteases, has undefined effects on the interaction between cells and substrate, and contains peptide hormones or hormone-like growth factors that promote healthy growth.
H. antibiotics - although not required for cell growth, antibiotics are often used to control the growth of bacterial and fungal contaminants.

4. Measurement of growth and viability. The viability of cells can be observed visually using an inverted phase contrast microscope. Live cells are phase bright suspension cells are typically rounded and somewhat symmetrical adherent cells will form projections when they attach to the growth surface. Viability can also be assessed using the vital dye, trypan blue, which is excluded by live cells but accumulates in dead cells. Cell numbers are determined using a hemocytometer.

V. SAFETY CONSIDERATIONS

R. Ian Freshney, Culture of Animal cells: A manual of basic techniques, Wiley-Liss, 1987.

السادس. TISSUE CULTURE PROCEDURES

كل طالب should maintain his own cells throughout the course of the experiment. These cells should be monitored daily for morphology and growth characteristics, fed every 2 to 3 days, and subcultured when necessary. A minimum of two 25 cm 2 flasks should be carried for each cell line these cells should be expanded as necessary for the transfection experiments. Each time the cells are subcultured, a viable cell count should be done, the subculture dilutions should be noted, and, after several passages, a doubling time determined. كما soon كما you have enough cells, several vials should be frozen away and stored in liquid N2. One vial from each freeze down should be thawed 1-2 weeks after freezing to check for viability. These frozen stocks will prove to be vital if any of your cultures become contaminated.

إجراءات:1. Media preparation. كل طالب will be responsible for maintaining his own stock of cell culture media the particular type of media, the sera type and concentration, and other supplements will depend on the cell line. يفعل ليس شارك media مع أنت partner (أو anyone else) لأن لو أ حضاره أو أ bottle من media gets contaminated, أنت لديك لا back-up. Most of the media components will be purchased prepared and sterile. In general, all you need to do is sterily combine several معقم solutions. To test for sterility after adding الكل components, pipet several mls from each media bottle into a small sterile petri dish or culture tube and incubate at 37EC for several days. Use only media that has been sterility tested. For this reason, you must anticipate your culture needs in advance so you can prepare the reagents necessary. But, please try not to waste media. Anticipate your needs but don't make more than you need. Tissue culture reagents are very expensive for example, bovine fetal calf serum cost

$200/500 ml. Some cell culture additives will be provided in a powdered form. These should be reconstituted to the appropriate concentration with double-distilled water (or medium, as appropriate) and filtered (in a sterile hood) through a 0-22 μm filter.

All media preparation and other cell culture work must be performed in a laminar flow hood. Before beginning your work, turn on blower for several minutes, wipe down all surfaces with 70% ethanol, and ethanol wash your clean hands. Use only sterile pipets, disposable test tubes and autoclaved pipet tips for cell culture. All culture vessels, test tubes, pipet tip boxes, stocks of sterile eppendorfs, etc. should be opened only in the laminar flow hood. If something is opened elsewhere in the lab by accident, you can probably assume its contaminated. If something does become contaminated, immediately discard the contaminated materials into the biohazard container and notify the instructor.

2. Growth and morphology. Visually inspect cells frequently. Cell culture is sometimes more an art than a science. Get to know what makes your cells happy. Frequent feeding is important for maintaining the pH balance of the medium and for eliminating waste products. Cells do not typically like to be too confluent so they should be subcultured when they are in a semi-confluent state. In general, mammalian cells should be handled gently. They should not be vortexed, vigorously pipetted or centrifuged at greater than 1500 g.

3. Cell feeding. Use prewarmed media and have cells out of the incubator for as little time as possible. Use 10-15 ml for T-25's, 25-35 ml for T-75's and 50-60 ml for T-150's. أ. Suspension cultures. Feeding and subculturing suspension cultures are done simultaneously. About every 2-3 days, dilute the cells into fresh media. The dilution you use will depend on the density of the cells and how quickly they divide, which only you can determine. Typically 1:4 to 1:20 dilutions are appropriate for most cell lines. ب. Adherent cells. About every 2-3 days, pour off old media from culture flasks and replace with fresh media. Subculture cells as described below before confluency is reached.

4. Subculturing adherent cells. When adherent cells become semi-confluent, subculture using 2 mM EDTA or trypsin/EDTA.

7. Viable cell counts. USING A HEMOCYTOMETER TO DETERMINE TOTAL CELL COUNTS AND VIABLE CELL NUMBERS (Reference: Sigma catalogue)Trypan blue is one of several stains recommended for use in dye exclusion procedures for viable cell counting. This method is based on the principle that live cells do not take up certain dyes, whereas dead cells do.

1. Prepare a cell suspension, either directly from a cell culture or from a concentrated or diluted suspension (depending on the cell density) and combine 20 μl of cells with 20 μl of trypan blue suspension (0.4%). Mix thoroughly and allow to stand for 5-15 minutes.

2. With the cover slip in place, transfer a small amount of trypan blue-cell suspension to both chambers of the hemocytometer by carefully touching the edge of the cover slip with the pipette tip and allowing each chamber to fill by capillary action. Do not overfill or underfill the chambers.3. Starting with 1 chamber of the hemocytometer, count all the cells in the 1 mm center square and four 1 mm corner square. Keep a separate count of viable and non-viable cells.4. If there are too many or too few cells to count, repeat the procedure either concentrating or diluting the original suspension as appropriate.5. The circle indicates the approximate area covered at 100X microscope magnification (10X ocular and 10X objective). Include cells on top and left touching middle line. Do not count cells touching middle line at bottom and right. Count 4 corner squares and middle square in both chambers and calculate the average.6. Each large square of the hemocytometer, with cover-slip in place, represents a total volume of 0.1 mm 3 or 10 -4 cm 3 . Since 1 cm 3 is equivalent to approximately 1 ml, the total number of cells per ml will be determined using the following calculations:Cells/ml = average cell count per square x dilution factor x 10 4

Total cells = cells/ml x the original volume of fluid from which the cell sample was removed % Cell viability = total viable cells (unstained)/total cells x 100.

This Web page is maintained by Julie B. Wolf, UMBC
Last updated on 3/2/2010

is designed for students interested in careers in industrial and biomedical sciences.