سلول های بنيادي
یکی از یافته های جدید علم پزشکی شناسایی و جدا کردن نوع جدیدی از سلول ها در داخل بدن پستانداران ، به نام سلول های بنیادی است که به دلیل داشتن پتانسیل های بالا در زمینه تقسیم شدن ، تمایز به سلول های تخصصی بدن و نیز توانایی ان ها در ترمیم بافتی بسیار مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. به همین منظور بر آن شدیم تا در یک سری مقالات به معرفی این سلول ها و ارائه اخرین اخبار در مورد ان ها بپردازیم.سلول بنیادی یکی ازسحر آمیز ترین مسا ئل زیست شناشی امروز است.
این سلول دارای دو ویژگی مهم است که آن را ازانواع سایر سلولها متمایز ساخته است. اول اینکه این سلول، سلول تمایز نیافته ای است که میتواند برای مدت طولانی در طول چرخه های سلولی تکثیر شود. دوم اینکه در شرایط فیزیولوژیکی و آزمایشگاهی خاصی این سلول میتواند به سلول هایی با عملکرد ویژه تبدیل شود.
1-قدرت تقسیم و نوسازی خود برای مدت طولانی
2-عدم تخصصی بودن برای بافت خاصی
3-قدرت تبدیل شدن به سلول های تخصصی
دانشمندان در حال تلاش برای رسیدن به 2 پاسخ اساسی در زمینه قدرت بالای نوسازی در زمان طولانی در این سلول ها می باشند که عبارتند از :
1-چرا سلول های بنیادی گرفته شده از یک جنین می توانند برای یک سال یا بیشتر در محیط آزمایشگاه به صورت غیر تمایز یافته تقسیم شوند اما سلول های بنیادی بزرگسالان این ویژگی را ندارد؟
2-فاکتورهای طبیعی در بافت های زنده که به صورت طبیعی" تقسیم شدن" و "خود نوسازی" را در این سلول ها تنظیم می کنند کدامند؟
یافتن پاسخ های این سوالات ممکن است این امکان را به وجود بیاورد که بفهمیم چگونه سلول ها در جریان رشد جنین طبیعی normal embryonic development) ( و یا در جریان یک تقسیم سلول غیر طبیعی که منجر به سرطان می شود تقسیم می شوند.این ها به دانشمندان این توانایی را می دهند که بتوانند در محیط آزمایشگاه سلول های بنیادی جنینی و بزرگسالی را به صورت موثرتری کشت بدهند.
Stem cells سلول های غیر تخصصی هستند و این به این معناست که این سلول ها هیچ یک از ساختارهای تخصصی یک بافت بخصوص را ندارند ، چیزی که اجازه انجام کارهای تخصصی را به آن ها می دهد.برای مثال یک stem cell نمی تواند با سلول های همسایه اش جهت پمپ کردن مایعات همکاری کند،چیزی که در سلول های قلبی اتفاق می افتد.همچنین یک stem cell ساختارهای مخصوص برای حمل اکسیژن را ندارد پدیده ای که به وسیله گویچه های قرمز خون انجام می گیرد. همچنین یک stem cell قادر به شلیک سیگنال های الکتروشیمیایی به سایر سلول ها نیست چیزی که در سلول های عصبی اتفاق می افتد.با این وجود یک سلول تخصص نیافته بنیادی فادر است به یک سلول تخصصی عضله قلب یا سلول خونی ((blood cell و یا سلول عصبی (nerve cell) تبدیل شود.
stem cell قادربه تقسیم شدن (dividing) ونوسازی خودشان برای مدت طولانی هستند.پدیده ای که در سلول های عضلانی، و خونی و یا عصبی به صورت طبیعی دیده نمی شود.در واقع سلول های عضلانی و خونی و یا عصبی به طور طبیعی قادر به تکثیر خودشان نیستند.اما سلول های بنیادی این عمل را بارها و بارها انجام می دهند.هنگامی که عمل تکثیر برای مدت طولانی اتفاق می افتد آن را proliferation می نامند.
یک جمعیت آغازگر سلول بنیادی که شروع به proliferation می کنند می تواند میلیون ها سلول را ایجاد کند ، حال اگر این سلول ها نیز به مانند سلول های مادری اولیه غیر تخصصی (unspecialized) باشند می گویند که این سلول ها قادر به long-term self renewal هستند.
یکی از نکات مورد توجه دانشمندان فاکتورها و عوامل و شرایطی است که منجر می شود سلول های بنیادی به صورت غیر تخصصی unspecialized باقی بمانند.
کشت این سلول ها در محیط آزمایشگاهی بدون اینکه این ها به سلول های تخصصی تمایز پیدا کنند ، مدت ها زمان برد ودر طی آن مطالعات و اشتباهات زیادی اتفاق افتاد.
برای مثال حدود 20 سال طول کشید تا اموختند که چگونه "سلول های بنیادی جنینی انسانی" را در ازمایشگاه کشت بدهند و این امر خود به دنبال توسعه و پیشرفت شرایط برای رشد "سلول های بنیادی موشی" اتفاق افتاد.
یکی دیگر از جنبه های مهم تحقیقات در این زمینه یافتن سیگنال های داده شده به این سلول ها در یک بافت بالغ بود که منجر به proliferation این سلول ها و عدم تمایز آن ها می شد تا زمانی که برای ترمیم یک بافت بالغ به آن ها نیازی نباشد.
این نتایج در این نظر برای دانشمندان مهم بود که آن ها را قادر می ساخت تا این سلول ها را به میزان زیادی و به صورت unspecialized به منظور تحقیقات بیشتر در محیط آزمایشگاه تکثیر کنند.
این پدیده تحت تاثیر signals داخلی و خارجی قرار می گیرد که بخش مهمی از تحقیقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.
Internal signals آن دسته از علائمی هستند که توسط ژن ها کنترل می شود.در واقع به اطلاعاتی گفته می شود که خصوصیات و عملکردی و ساختاری یک سلول رابا کد کردن اطلاعات لازم در یک زنجیره DNA تعیین می کند.
اما منظور از external signals علامت هایی است که منشا خارج سلولی دارند و شامل مواد شیمیایی ترشح شده، تماس فیزیکی با سلول های مجاور و مولکول های مخصوص در محیط میکروسکپی اطراف سلول می باشند.(microenviroment)
بنابراین سوالات زیادی در مورد تمایز سلول ها بنیادی باقی ماند: آیا سیگنال های داده شده برای تمایز سلول های بنیادی برای همه انواع این سلول ها یکسان و شبیه به هم هستند؟ و آیا می توان با تنظیم این signals تمایز سلول را در یک مسیر معین به پیش راند؟
یافتن پاسخ این سوالات بسیار مهم است و می تواند دانشمندان را به سمت راهی هدایت کند تا بتوانند رشد و تمایز این سلول ها را در محیط آزمایشگاه کترل کنند.و به وسیله آن بتوانند راه های جدیدی برای استفاده از" سلول های در حال رشد" و یا بافت ها به منظور اهداف سلول درمانی (cell-based therapy) دست یابند.
سلول های بنیادی بزرگسالی که در اندام های افراد بعد از تولد وجود دارند تمایل دارند که به سلول های متعلق به همان بافتی که در آن قرار دارند تبدیل شوند.به عبارتی سلول های خون ساز موجود در مغز قرمز استخوان که به نام سلول های بنیادی خونساز (hematopoietic stem cells) مشهور هستند تمایل دارند تا به سلول های گلبول قرمز، گلبول سقید و پلاکت ها تبدیل شوند.
در سال های اخیر تحقیقات زیادی در مورد امکان تبدیل سلول بنیادی مخصوص یک بافت یه سلول های تخصصی یک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . این فرایند را در اصطلاح plasticity می نامند.برای مثال تبدیل سلول های بنیادی مغز استخوان به نورون ها و یا تبدیل سلول های بنیادی کبدی به سلول های تولید کننده انسولین و یا تبدیل سلول های خون ساز به سلول های عضله قلبی.
بنابراین امکان استفاده از سلول های بنیادی بزرگسالی adult stem cells به منظور سلول درمانی cell-based therapy یکی از مهم ترین مباحث تحقیقات جهان پزشکی را به خود اختصاص داده است.
به طور كلي سلولهاي بنيادي به سه دسته تقسيم مي‌شوند:
سلولهاي بنيادي بزرگسال (Adult stem cells)،
سلولهاي بنيادي جنيني (Embryonic stem cells)
سلولهاي بنيادي بند ناف (Umbilical cord stem cells).
دوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ ،فاکتور های رشدی ترشح میکنند که میتواند محل اقامت دیگر سلولها را در بافت دستخوش تغییر کنند ؛که این ویژگی نیز میتواند در موقع انتقال این سلولها اثرات سود مندی داشته باشد. سوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ قادرند به بافتهای صدمه دیده مهاجرت کنند.این ویژگی می تواندباعث شود که این سلول ها در موقع پیوندخودشان محل های مورد نظرراپیدا کنند.اگر سلول بنیادی بالغ در یك محیط مناسب قرارداده شوند، می توانند سلول های بافت های مختلف رابه وجودآورند.اما این کاربا چه الگویی صورت می گیرد وآن ها چه نوع سلول هایی را تولید خواهند کرد؟
I.Mackenzie و همکارانش نشان دادند که توانایی سلول های بنیادی اپی تلیاال (كه نوعی از سلول های بالغ بنیادی هستند)برای ایجاد کلونی رده های سلولی یک ویژگی ذاتی است؛ اما تمایز دوباره وایجاد ساختمانهای خاص تنها درپاسخ به محرک های محیطی رخ می دهد.
سلول درمانی آسیب به استخـوان دراثر بیماری یا در اثر ضربه ، یک مساًله ی شایع است که علاوه بـراین که باعـث آزار بسیاری ازبیماران می شود، هزینه های زیادی را نیز به وجود می آورد. روش های درمانی در حال حاضر تا حدی موفق هستند چون از یک طرف درمان در این مورد طولانی مدت است واز طرفی دهندگان پیوند استخوانی محدود است.
R.canceddaوهمکاران ازترکیبی از سلول های بنیادی اسـترومای مغـز
استخوانBoneMarrowStemCellsیاbmscو سرامیك در درمان یک شکاف ، که در تمام لایه های استخوانی در دیافیزاستخوان تیبیا در یک گوسفند بالغ ایجاد شده بوداستفاده كردند . آن ها سلول های مغز استخوان خود گوسـفـــنـد را جدا کرده وآن ها را در آزمایشگاه کشت دادند تا به یک استوانه سرا میکی خلل و فرج دار تبد یـل شد و سپـس آن ها در محـل صدمه دیـده در استخوان تیبیای حیوان کاشتند.به منظور ثابت کردن پیوند ،از فیکساتورخارجی نیزاستفاده شد. سرامیک گفته شده کاملآ با استخوان یکی شد و از نظر عـملکرد نیزبه خوبی تطابق یافـت؛علاوه برشکل ظاهری استخوان که گویای این مطلب بود،اشعه ، میکروگرافی، بافـت شناسی و مطالعات دیگر نیزاین مطلب را تایید می کرد. پس از به دست آوردن نتایج از مدل حیوانی آن ها این روش را با رعایت کامل مسائل اخلاقی در مورد ۶ انسان نیز پیاده کردند. آنها صرف نظر از تعداد کم بیماران ، این امر را بسیارامید بخش خواندند.
Christopher Bjorson از دانشگاه واشنگتن و Angelo Viscovi از انستیتوی ملی نورولوژی ایتالیا نشان دادند كه هم سلول های جنینی و هم بالغ ،اگر به موش هایی پیوند زده شوندکه مغزاستخوان آن هاتوسط اشعه از بین برده شده است، می توانندمانند سلول خون ساز عمل کنند.(۴)سلولهای بنیادی عصبی سلولهای بنیادی عصبی رامیتوان در گونه های بسیاری از پستانداران در مراحل مختلف حیات آنان یافت. در شرایط فیزیولوژیكی یآزمایشگاهی خاص، آنها ظرفیت زیادی برای تکثیر خود دارند. سلولهای بنیادی عصبی میتوانند به تمام سلولهای اصلی عصبی یعنی: نورونها ، آستروسیتها و الیگودندروسیتهاتبدیل شوند . سلولهاي بنيادي بزرگسال مانند همه سلولهاي بنيادي ديگر دو ويژگي مشترك دارند؛ اول اينكه قادر به ساخت كپي هاي خود به مدت طولاني مي باشند و دوم اينكه مي توانند به سلولهاي بالغي با خصوصيات مورفولوژيك شناخته شده و با عملكرد اختصاصي تبديل شوند.
ين سلولها قادر نيستند به همه نوع سلول تمايز پيدا كنند بلكه تنها قادرند به سلولهاي بالغ همان بافتي كه در آن هستند تبديل شوند (مثلا سلولهاي بنيادي مغز استخوان كه به سلولهاي خوني تبديل مي شوند). سلولهاي بنيادي بزرگسال بسيار كم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها يك سلول از نوع سلولهاي بنيادي است. منشا و چگونگي شكل گيري اين سلولها به طور دقيق مشخص نيست و فرضيات مختلفي براي آن مطرح شده است از جمله اينكه اين سلولها در هنگام تمايز جدا از بقيه مانده و تمايز نيافته اند. امروزه سلولهاي بنيادي از بافتهاي مختلفي از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غيره جدا شده‌اند
این سلول ها می توانند دردرمان بیماریهای نورولوژیکی انسان مثل پارکینسون،هانتینگتون،مالتیپل اسکلروزوصدمات ناشی سکته های مغزی به کا روند. با توجه به اینکه سلول های بنیادی عصبی توانائی مهاجرت دارند،می توانند به عنوان پروتئین های درمانی یا ناقل های سلولی به کار روند ؛ همین طور در اصلاح بیماری های ژنتیکی دستگاه عصبی مرکزی وتومورهای مشخصی که به سایتوکاینها جواب میدهند.(۵) تحقیقات جدید نشان میدهند که سلولهای بنیادی عصبی که قبلا"تصور می شد فقط می توانند به سلولهای عصبی تبدیل شوند، میتوانند خود را مبدل به سلولهای پیش سازخونی کنند.
سلول های بنیادی جنینی در لایه درونی بلاستوسیست انسان، در مراحل اولیه رشد رویان( از روز چهارم تا هفتم بعداز باروری) یافت می شوند. اگر سلول های بنیادی جنین انسان، که ما از اینجا به بعد آنها راHESC می خوانیم، از رویان جدا شده ودر شرایط مناسب آزمایشگاهی کشت داده شوند می توانند به شکل تمایز نیافته به رشد خود ادامه دهند؛ درعین حالی که توانایی تمایز یافتن به هر یک از سه لایه اصلی سلول های رویانی را دارامی باشند.Thomson
و همکارانش برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ توانستند موفق به کشت HESCدرمحیط آزمایشگاه شوند. همان طور که گفته شد این سلولها می توانند بارهاوبارها تکثیرشده وسلول هایی را بوجود آورند که مانند خودشان دارای قدرت تمایز هستند . برای تکثیر سلول ها در آزمایشگاه قبلا"از سلول های سرطانی استفاده می شد که البته در هرتقسیم سلول هایی غیر طبیعی و ناپایدارنیزوبوجود می آورنداماامروزه میتوانHESCها رابه کارگرفت که می توانند تا مدت ۲سال به مجموعه های کامل ودست نخورده ای از کروموزم ها تقسیم شوند .
اکنون ۲دهه است که روی سلول های بنیادی رویانی موش ها کار می شود . برای آن که بتوانیم سلول های بنیادی موش را در شرایطی نگه داریم که تمایزپیدا نکنند باید آنها را در ماده ای به نام LFTیاLeukemia Inhibitoriy Faktor کشت دهیم .اما در مورد HESCها این مساله متفاوت است، چون برای جلوگیری از ایجاد تمایز باید آنها را در یک ظرف پطری که حاوی سرم گاو است، و روی لایه ای از سلولهای جنینی موش کشت داد . اگر این سلولها را از محیط مذکور در آورده و درون مایع بریزیم تشکیل اجسام کروی شکلی به نام "اجسام رویانی"را میدهند که این اجسام نیز دارای قدرت تمایز به هر سه لایه اصلی جنینی می باشند. سلول هایی که از اجسام رویانی مشتق میشوند به سلول های قلب ،اپی تلیالی رنگدانه دار وبدون رنگدانه و سلول های عصبی تبدیل می شوند.
اگرHESCها به بدن موش تزریق شوند ایجاد توده های سلولی به نام تراتوما می کنند که ازآنجایی که دارای قدرت تمایز به هر سه لایه هستند، می توانند تومورهای مختلف در بدن موش ایجاد کنند.این شواهد نشان می دهد که چگونه وقتی HESCها در محیط غیر طبیعی قرار گیرند تبدیل به سلول های سرطانی یاneoplastic میشوند .Thomson و همکاران اظهار میکنند که HESC ها میتوانند روزی منبع پایان ناپذیر تولید سلولهای تمایز نیافته در آزمایشگاه باشندو بعد ها به عنوان سلولهای کبد ، پانکراس ویا سلولهای عصبی برای مقاصد درمانی مورد استفاده واقع شوند.
البته مساله مهمی که در اینجا مطرح است وجود آنتی ژنهای تطابق بافتی در گیرنده پیوند است- یا همان "رد پیوند"- پیشنهاد میشود با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک سلولهای بنیادی را به نحوی با سیستم ایمنی سازگار کرد تا واکنش ایمنی کمتری را شاهد باشیم. این کار با ایجاد یک تناظر ژنتیکی دقیق بین گیرنده پیوند از یک طرف و بافتی که از منت ها ایجاد میشود از طرف دیگر، امکان پذیر است ؛ و این تناظر دقیق با استفاده از روشSCNT(somatic cell nuclear transfer)در تولید سلول بنیادی(شکل ۱) ، قابل وصول است.
خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقيمانده و دور ريخته می شود. اين خون غنی از سلولهای بنيادی است.
سلولهای بنيادی خون بند ناف همانند سلولهای بنيادی خونساز مغز استخوان تقسيم می شوند تا به توليد:
• سلولهای قرمز، که اکسيژن را به تمام بدن حمل می کنند.
• سلولهای سفيد، که در سيستم ايمنی فعالانه شرکت دارند.
• پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند
همچنين قادر به ساخت انواع سلولهای ديگر و ترميم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.
امروزه محققان در حال بررسي و آزمايش امكان كاربرد سلولهاي بنيادي در درمان بيماريهاي مختلف مي باشند. از جمله بيماريهايي را كه اميدهاي زيادي به درمان آنها مي رود مي توان به آلزايمر و پاركينسون، آسيبهاي نخاعي، ديابتها (از طريق جايگزين نمودن سلولهاي پانكراتيك ترشح كننده انسولين)، بيماريهاي كرونري قلب (با جايگزيني سلولهاي ماهيچه اي قلب)، بيماريهاي كبدي مثل سيروز و غيره اشاره نمود.
این سلول دارای دو ویژگی مهم است که آن را ازانواع سایر سلولها متمایز ساخته است. اول اینکه این سلول، سلول تمایز نیافته ای است که میتواند برای مدت طولانی در طول چرخه های سلولی تکثیر شود. دوم اینکه در شرایط فیزیولوژیکی و آزمایشگاهی خاصی این سلول میتواند به سلول هایی با عملکرد ویژه تبدیل شود.
خصوصیات مشترک سلول های بنیادی:
1-قدرت تقسیم و نوسازی خود برای مدت طولانی
2-عدم تخصصی بودن برای بافت خاصی
3-قدرت تبدیل شدن به سلول های تخصصی
دانشمندان در حال تلاش برای رسیدن به 2 پاسخ اساسی در زمینه قدرت بالای نوسازی در زمان طولانی در این سلول ها می باشند که عبارتند از :
1-چرا سلول های بنیادی گرفته شده از یک جنین می توانند برای یک سال یا بیشتر در محیط آزمایشگاه به صورت غیر تمایز یافته تقسیم شوند اما سلول های بنیادی بزرگسالان این ویژگی را ندارد؟
2-فاکتورهای طبیعی در بافت های زنده که به صورت طبیعی" تقسیم شدن" و "خود نوسازی" را در این سلول ها تنظیم می کنند کدامند؟
یافتن پاسخ های این سوالات ممکن است این امکان را به وجود بیاورد که بفهمیم چگونه سلول ها در جریان رشد جنین طبیعی normal embryonic development) ( و یا در جریان یک تقسیم سلول غیر طبیعی که منجر به سرطان می شود تقسیم می شوند.این ها به دانشمندان این توانایی را می دهند که بتوانند در محیط آزمایشگاه سلول های بنیادی جنینی و بزرگسالی را به صورت موثرتری کشت بدهند.
Stem cells سلول های غیر تخصصی هستند و این به این معناست که این سلول ها هیچ یک از ساختارهای تخصصی یک بافت بخصوص را ندارند ، چیزی که اجازه انجام کارهای تخصصی را به آن ها می دهد.برای مثال یک stem cell نمی تواند با سلول های همسایه اش جهت پمپ کردن مایعات همکاری کند،چیزی که در سلول های قلبی اتفاق می افتد.همچنین یک stem cell ساختارهای مخصوص برای حمل اکسیژن را ندارد پدیده ای که به وسیله گویچه های قرمز خون انجام می گیرد. همچنین یک stem cell قادر به شلیک سیگنال های الکتروشیمیایی به سایر سلول ها نیست چیزی که در سلول های عصبی اتفاق می افتد.با این وجود یک سلول تخصص نیافته بنیادی فادر است به یک سلول تخصصی عضله قلب یا سلول خونی ((blood cell و یا سلول عصبی (nerve cell) تبدیل شود.
stem cell قادربه تقسیم شدن (dividing) ونوسازی خودشان برای مدت طولانی هستند.پدیده ای که در سلول های عضلانی، و خونی و یا عصبی به صورت طبیعی دیده نمی شود.در واقع سلول های عضلانی و خونی و یا عصبی به طور طبیعی قادر به تکثیر خودشان نیستند.اما سلول های بنیادی این عمل را بارها و بارها انجام می دهند.هنگامی که عمل تکثیر برای مدت طولانی اتفاق می افتد آن را proliferation می نامند.
یک جمعیت آغازگر سلول بنیادی که شروع به proliferation می کنند می تواند میلیون ها سلول را ایجاد کند ، حال اگر این سلول ها نیز به مانند سلول های مادری اولیه غیر تخصصی (unspecialized) باشند می گویند که این سلول ها قادر به long-term self renewal هستند.
یکی از نکات مورد توجه دانشمندان فاکتورها و عوامل و شرایطی است که منجر می شود سلول های بنیادی به صورت غیر تخصصی unspecialized باقی بمانند.
کشت این سلول ها در محیط آزمایشگاهی بدون اینکه این ها به سلول های تخصصی تمایز پیدا کنند ، مدت ها زمان برد ودر طی آن مطالعات و اشتباهات زیادی اتفاق افتاد.
برای مثال حدود 20 سال طول کشید تا اموختند که چگونه "سلول های بنیادی جنینی انسانی" را در ازمایشگاه کشت بدهند و این امر خود به دنبال توسعه و پیشرفت شرایط برای رشد "سلول های بنیادی موشی" اتفاق افتاد.
یکی دیگر از جنبه های مهم تحقیقات در این زمینه یافتن سیگنال های داده شده به این سلول ها در یک بافت بالغ بود که منجر به proliferation این سلول ها و عدم تمایز آن ها می شد تا زمانی که برای ترمیم یک بافت بالغ به آن ها نیازی نباشد.
این نتایج در این نظر برای دانشمندان مهم بود که آن ها را قادر می ساخت تا این سلول ها را به میزان زیادی و به صورت unspecialized به منظور تحقیقات بیشتر در محیط آزمایشگاه تکثیر کنند.
سلول های بنیادی قادر به تبدیل شدن به سلول های تخصصی هستند:
این پدیده تحت تاثیر signals داخلی و خارجی قرار می گیرد که بخش مهمی از تحقیقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.
Internal signals آن دسته از علائمی هستند که توسط ژن ها کنترل می شود.در واقع به اطلاعاتی گفته می شود که خصوصیات و عملکردی و ساختاری یک سلول رابا کد کردن اطلاعات لازم در یک زنجیره DNA تعیین می کند.
اما منظور از external signals علامت هایی است که منشا خارج سلولی دارند و شامل مواد شیمیایی ترشح شده، تماس فیزیکی با سلول های مجاور و مولکول های مخصوص در محیط میکروسکپی اطراف سلول می باشند.(microenviroment)
بنابراین سوالات زیادی در مورد تمایز سلول ها بنیادی باقی ماند: آیا سیگنال های داده شده برای تمایز سلول های بنیادی برای همه انواع این سلول ها یکسان و شبیه به هم هستند؟ و آیا می توان با تنظیم این signals تمایز سلول را در یک مسیر معین به پیش راند؟
یافتن پاسخ این سوالات بسیار مهم است و می تواند دانشمندان را به سمت راهی هدایت کند تا بتوانند رشد و تمایز این سلول ها را در محیط آزمایشگاه کترل کنند.و به وسیله آن بتوانند راه های جدیدی برای استفاده از" سلول های در حال رشد" و یا بافت ها به منظور اهداف سلول درمانی (cell-based therapy) دست یابند.
سلول های بنیادی بزرگسالی که در اندام های افراد بعد از تولد وجود دارند تمایل دارند که به سلول های متعلق به همان بافتی که در آن قرار دارند تبدیل شوند.به عبارتی سلول های خون ساز موجود در مغز قرمز استخوان که به نام سلول های بنیادی خونساز (hematopoietic stem cells) مشهور هستند تمایل دارند تا به سلول های گلبول قرمز، گلبول سقید و پلاکت ها تبدیل شوند.
در سال های اخیر تحقیقات زیادی در مورد امکان تبدیل سلول بنیادی مخصوص یک بافت یه سلول های تخصصی یک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . این فرایند را در اصطلاح plasticity می نامند.برای مثال تبدیل سلول های بنیادی مغز استخوان به نورون ها و یا تبدیل سلول های بنیادی کبدی به سلول های تولید کننده انسولین و یا تبدیل سلول های خون ساز به سلول های عضله قلبی.
بنابراین امکان استفاده از سلول های بنیادی بزرگسالی adult stem cells به منظور سلول درمانی cell-based therapy یکی از مهم ترین مباحث تحقیقات جهان پزشکی را به خود اختصاص داده است.
دسته بندی سلول های بنیادی
به طور كلي سلولهاي بنيادي به سه دسته تقسيم مي‌شوند:
سلولهاي بنيادي بزرگسال (Adult stem cells)،
سلولهاي بنيادي جنيني (Embryonic stem cells)
سلولهاي بنيادي بند ناف (Umbilical cord stem cells).
سلول بنیادی بزرگسال
دوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ ،فاکتور های رشدی ترشح میکنند که میتواند محل اقامت دیگر سلولها را در بافت دستخوش تغییر کنند ؛که این ویژگی نیز میتواند در موقع انتقال این سلولها اثرات سود مندی داشته باشد. سوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ قادرند به بافتهای صدمه دیده مهاجرت کنند.این ویژگی می تواندباعث شود که این سلول ها در موقع پیوندخودشان محل های مورد نظرراپیدا کنند.اگر سلول بنیادی بالغ در یك محیط مناسب قرارداده شوند، می توانند سلول های بافت های مختلف رابه وجودآورند.اما این کاربا چه الگویی صورت می گیرد وآن ها چه نوع سلول هایی را تولید خواهند کرد؟
I.Mackenzie و همکارانش نشان دادند که توانایی سلول های بنیادی اپی تلیاال (كه نوعی از سلول های بالغ بنیادی هستند)برای ایجاد کلونی رده های سلولی یک ویژگی ذاتی است؛ اما تمایز دوباره وایجاد ساختمانهای خاص تنها درپاسخ به محرک های محیطی رخ می دهد.
سلول درمانی آسیب به استخـوان دراثر بیماری یا در اثر ضربه ، یک مساًله ی شایع است که علاوه بـراین که باعـث آزار بسیاری ازبیماران می شود، هزینه های زیادی را نیز به وجود می آورد. روش های درمانی در حال حاضر تا حدی موفق هستند چون از یک طرف درمان در این مورد طولانی مدت است واز طرفی دهندگان پیوند استخوانی محدود است.
R.canceddaوهمکاران ازترکیبی از سلول های بنیادی اسـترومای مغـز
استخوانBoneMarrowStemCellsیاbmscو سرامیك در درمان یک شکاف ، که در تمام لایه های استخوانی در دیافیزاستخوان تیبیا در یک گوسفند بالغ ایجاد شده بوداستفاده كردند . آن ها سلول های مغز استخوان خود گوسـفـــنـد را جدا کرده وآن ها را در آزمایشگاه کشت دادند تا به یک استوانه سرا میکی خلل و فرج دار تبد یـل شد و سپـس آن ها در محـل صدمه دیـده در استخوان تیبیای حیوان کاشتند.به منظور ثابت کردن پیوند ،از فیکساتورخارجی نیزاستفاده شد. سرامیک گفته شده کاملآ با استخوان یکی شد و از نظر عـملکرد نیزبه خوبی تطابق یافـت؛علاوه برشکل ظاهری استخوان که گویای این مطلب بود،اشعه ، میکروگرافی، بافـت شناسی و مطالعات دیگر نیزاین مطلب را تایید می کرد. پس از به دست آوردن نتایج از مدل حیوانی آن ها این روش را با رعایت کامل مسائل اخلاقی در مورد ۶ انسان نیز پیاده کردند. آنها صرف نظر از تعداد کم بیماران ، این امر را بسیارامید بخش خواندند.
Christopher Bjorson از دانشگاه واشنگتن و Angelo Viscovi از انستیتوی ملی نورولوژی ایتالیا نشان دادند كه هم سلول های جنینی و هم بالغ ،اگر به موش هایی پیوند زده شوندکه مغزاستخوان آن هاتوسط اشعه از بین برده شده است، می توانندمانند سلول خون ساز عمل کنند.(۴)سلولهای بنیادی عصبی سلولهای بنیادی عصبی رامیتوان در گونه های بسیاری از پستانداران در مراحل مختلف حیات آنان یافت. در شرایط فیزیولوژیكی یآزمایشگاهی خاص، آنها ظرفیت زیادی برای تکثیر خود دارند. سلولهای بنیادی عصبی میتوانند به تمام سلولهای اصلی عصبی یعنی: نورونها ، آستروسیتها و الیگودندروسیتهاتبدیل شوند . سلولهاي بنيادي بزرگسال مانند همه سلولهاي بنيادي ديگر دو ويژگي مشترك دارند؛ اول اينكه قادر به ساخت كپي هاي خود به مدت طولاني مي باشند و دوم اينكه مي توانند به سلولهاي بالغي با خصوصيات مورفولوژيك شناخته شده و با عملكرد اختصاصي تبديل شوند.
ين سلولها قادر نيستند به همه نوع سلول تمايز پيدا كنند بلكه تنها قادرند به سلولهاي بالغ همان بافتي كه در آن هستند تبديل شوند (مثلا سلولهاي بنيادي مغز استخوان كه به سلولهاي خوني تبديل مي شوند). سلولهاي بنيادي بزرگسال بسيار كم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها يك سلول از نوع سلولهاي بنيادي است. منشا و چگونگي شكل گيري اين سلولها به طور دقيق مشخص نيست و فرضيات مختلفي براي آن مطرح شده است از جمله اينكه اين سلولها در هنگام تمايز جدا از بقيه مانده و تمايز نيافته اند. امروزه سلولهاي بنيادي از بافتهاي مختلفي از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غيره جدا شده‌اند
این سلول ها می توانند دردرمان بیماریهای نورولوژیکی انسان مثل پارکینسون،هانتینگتون،مالتیپل اسکلروزوصدمات ناشی سکته های مغزی به کا روند. با توجه به اینکه سلول های بنیادی عصبی توانائی مهاجرت دارند،می توانند به عنوان پروتئین های درمانی یا ناقل های سلولی به کار روند ؛ همین طور در اصلاح بیماری های ژنتیکی دستگاه عصبی مرکزی وتومورهای مشخصی که به سایتوکاینها جواب میدهند.(۵) تحقیقات جدید نشان میدهند که سلولهای بنیادی عصبی که قبلا"تصور می شد فقط می توانند به سلولهای عصبی تبدیل شوند، میتوانند خود را مبدل به سلولهای پیش سازخونی کنند.
سلول های بنیادی جنین انسان
سلول های بنیادی جنینی در لایه درونی بلاستوسیست انسان، در مراحل اولیه رشد رویان( از روز چهارم تا هفتم بعداز باروری) یافت می شوند. اگر سلول های بنیادی جنین انسان، که ما از اینجا به بعد آنها راHESC می خوانیم، از رویان جدا شده ودر شرایط مناسب آزمایشگاهی کشت داده شوند می توانند به شکل تمایز نیافته به رشد خود ادامه دهند؛ درعین حالی که توانایی تمایز یافتن به هر یک از سه لایه اصلی سلول های رویانی را دارامی باشند.Thomson
و همکارانش برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ توانستند موفق به کشت HESCدرمحیط آزمایشگاه شوند. همان طور که گفته شد این سلولها می توانند بارهاوبارها تکثیرشده وسلول هایی را بوجود آورند که مانند خودشان دارای قدرت تمایز هستند . برای تکثیر سلول ها در آزمایشگاه قبلا"از سلول های سرطانی استفاده می شد که البته در هرتقسیم سلول هایی غیر طبیعی و ناپایدارنیزوبوجود می آورنداماامروزه میتوانHESCها رابه کارگرفت که می توانند تا مدت ۲سال به مجموعه های کامل ودست نخورده ای از کروموزم ها تقسیم شوند .
اکنون ۲دهه است که روی سلول های بنیادی رویانی موش ها کار می شود . برای آن که بتوانیم سلول های بنیادی موش را در شرایطی نگه داریم که تمایزپیدا نکنند باید آنها را در ماده ای به نام LFTیاLeukemia Inhibitoriy Faktor کشت دهیم .اما در مورد HESCها این مساله متفاوت است، چون برای جلوگیری از ایجاد تمایز باید آنها را در یک ظرف پطری که حاوی سرم گاو است، و روی لایه ای از سلولهای جنینی موش کشت داد . اگر این سلولها را از محیط مذکور در آورده و درون مایع بریزیم تشکیل اجسام کروی شکلی به نام "اجسام رویانی"را میدهند که این اجسام نیز دارای قدرت تمایز به هر سه لایه اصلی جنینی می باشند. سلول هایی که از اجسام رویانی مشتق میشوند به سلول های قلب ،اپی تلیالی رنگدانه دار وبدون رنگدانه و سلول های عصبی تبدیل می شوند.
اگرHESCها به بدن موش تزریق شوند ایجاد توده های سلولی به نام تراتوما می کنند که ازآنجایی که دارای قدرت تمایز به هر سه لایه هستند، می توانند تومورهای مختلف در بدن موش ایجاد کنند.این شواهد نشان می دهد که چگونه وقتی HESCها در محیط غیر طبیعی قرار گیرند تبدیل به سلول های سرطانی یاneoplastic میشوند .Thomson و همکاران اظهار میکنند که HESC ها میتوانند روزی منبع پایان ناپذیر تولید سلولهای تمایز نیافته در آزمایشگاه باشندو بعد ها به عنوان سلولهای کبد ، پانکراس ویا سلولهای عصبی برای مقاصد درمانی مورد استفاده واقع شوند.
البته مساله مهمی که در اینجا مطرح است وجود آنتی ژنهای تطابق بافتی در گیرنده پیوند است- یا همان "رد پیوند"- پیشنهاد میشود با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک سلولهای بنیادی را به نحوی با سیستم ایمنی سازگار کرد تا واکنش ایمنی کمتری را شاهد باشیم. این کار با ایجاد یک تناظر ژنتیکی دقیق بین گیرنده پیوند از یک طرف و بافتی که از منت ها ایجاد میشود از طرف دیگر، امکان پذیر است ؛ و این تناظر دقیق با استفاده از روشSCNT(somatic cell nuclear transfer)در تولید سلول بنیادی(شکل ۱) ، قابل وصول است.
سلولهای بنيادي خون بند ناف
خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقيمانده و دور ريخته می شود. اين خون غنی از سلولهای بنيادی است.
سلولهای بنيادی خون بند ناف همانند سلولهای بنيادی خونساز مغز استخوان تقسيم می شوند تا به توليد:
• سلولهای قرمز، که اکسيژن را به تمام بدن حمل می کنند.
• سلولهای سفيد، که در سيستم ايمنی فعالانه شرکت دارند.
• پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند
همچنين قادر به ساخت انواع سلولهای ديگر و ترميم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.
امروزه محققان در حال بررسي و آزمايش امكان كاربرد سلولهاي بنيادي در درمان بيماريهاي مختلف مي باشند. از جمله بيماريهايي را كه اميدهاي زيادي به درمان آنها مي رود مي توان به آلزايمر و پاركينسون، آسيبهاي نخاعي، ديابتها (از طريق جايگزين نمودن سلولهاي پانكراتيك ترشح كننده انسولين)، بيماريهاي كرونري قلب (با جايگزيني سلولهاي ماهيچه اي قلب)، بيماريهاي كبدي مثل سيروز و غيره اشاره نمود.
منابع :
- روزنامه شرق
- http://www.hamshahrionline.ir
-http://phalls.com
- http://www.ardalan.id.ir
