نموذج IRIS من معهد MIT يعيد بناء الإشارات التي تشكّل خلايا الجنين

طوّر فريق بقيادة الأستاذ المساعد في علم الأحياء في MIT، بولين لي، والطالب في الدراسات العليا نيكولاس هاتشينز، نموذج IRIS، وهو نموذج تعلّم آلي يستطيع تحديد الإشارات التي تلقّتها الخلايا في جنين نامٍ. نُشرت الدراسة مفتوحة الوصول في مجلة Nature Methods بتاريخ 8 سبتمبر 2026. ولي عضو أيضاً في معهد Whitehead للأبحاث الطبية الحيوية.

تتحول الخلايا الجذعية في الجنين إلى خلايا متخصصة للدماغ أو الكبد أو العضلات، ويعود ذلك جزئياً إلى الرسائل الكيميائية المتبادلة مع الخلايا المجاورة. وتنتقل هذه الرسائل عبر مسارات إشارية متعددة المراحل تقوم بتشغيل جينات معينة أو إيقافها. ولأن العلماء اعتقدوا لفترة طويلة أن هذه المسارات تختلف كثيراً من نوع خلوي إلى آخر، كان رسم خريطتها يعني اختبار كل مسار في كل نوع خلوي، وهي مهمة بطيئة ومضنية.

بصمة ثابتة لكل مسار

وجد الباحثون أن كل مسار إشاري يترك نمطاً مميزاً في نشاط الجينات، وأن هذه البصمة تبقى ثابتة عبر أنواع الخلايا المختلفة. يقرأ IRIS، وهو شبكة عصبونية، التعبير الجيني الكلي للخلية، ويقدّر المسارات التي كانت نشطة في لحظات محددة، بما في ذلك في أنواع خلايا لم يتدرب عليها أصلاً. وشبّهت لي ذلك بالمساعدات الصوتية المدربة في الغالب على الإنجليزية والتي تستطيع مع ذلك فهم لغات أخرى، وأطلقت على ذلك اسم «نقل التعلّم».

دُرِّب النموذج على بيانات تجريبية تتبعت كيفية استجابة آلاف الخلايا الجذعية الجنينية البشرية لعشرات التركيبات من المسارات الإشارية الستة الرئيسية في عدة مراحل نمائية. ثم اختبره الفريق على خلايا مفردة من أجنة فئران خلال مرحلة تكوّن الأشكال الجنينية (gastrulation)، حين تتباعد الخلايا بسرعة نحو مصائر مختلفة. وتنبأ IRIS بدقة بالوقت والمكان اللذين تنشط فيهما المسارات في الخلايا المتجهة نحو أنسجة القلب والأمعاء والعضلات والحبل الشوكي.

تأكيد في نمو الرئتين

عندما سُئل النموذج عن الإشارات اللازمة لإنتاج نوع خلوي حاسم لنمو الرئتين، توقّع IRIS أن تنشيط مسار معين سيدفع الخلايا نحو هوية رئوية، وأكدت التجارب على أجنة الفئران ذلك. وقال هاتشينز: «يساعدنا IRIS على فك شيفرة اللغة التي تتواصل بها الخلايا فيما بينها».

ويرى الباحثون أن هذا النهج قد يسرّع هندسة الخلايا الجذعية في الطب التجديدي، ويحسّن العضويات (organoids)، وهي نماذج ثلاثية الأبعاد مصغرة للأعضاء تُستخدم لدراسة الأمراض واختبار الأدوية. وقد يدعم نسيج رئوي أفضل يُزرع في المختبر أبحاث الربو وسرطان الرئة والتليف الرئوي، ويساعد في تقييم العلاجات المرشحة، وقد يوجّه في نهاية المطاف علاجات تُصلح الأنسجة التالفة.