به گزارش بنیان، محققان آزمایشگاه مهندسی پیشرفته Hunan در زمینه مواد استخوانی مصنوعی با همکاری بخش جراحی ستون فقرات بیمارستان Xiangya در چین نشان دادند که وزیکول‌های خارج سلولی مشتق شده از سلول‌های بنیادی بافت بندناف (MSC-EVs) می‌توانند ترمیم آسیب‌های نخاعی را تسهیل نمایند.

آسیب نخاعی در واقع یک بیماری تروماتیک (آسیب‌زا) شناخته شده است که اغلب منجر به ناتوانی دائمی و اختلالات حرکتی و حسی می‌شود. آسیب‌های نخاعی میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار داده و ممکن است منجر به فلج پا و یا فلج هر چهار دست و پا شود. آمارها نشان می‌دهد که حدود 2.5 میلیون بیمار در جهان مبتلا به آسیب نخاعی هستند و تقریباً 130000 مورد جدید هر ساله گزارش می‌شود. آسیب نخاعی نه تنها کیفیت زندگی بیماران را از نظر جسمی و روانی خراب می‌کند بلکه بار اجتماعی و اقتصادی سنگینی را برای بیماران به همراه دارد. امروزه پیوند سلول‌های بنیادی در درمان آسیب‌های نخاعی با توجه چشمگیری روبرو شده و نشان داده است که چشم‌انداز کاربردی وسیعی می‌تواند داشته باشد. در مطالعات پیشین گزارش گردیده بود که MSC-EVs آپوپتوز و پاسخ التهابی را تسکین داده و رگ‌زایی را پس از آسیب نخاعی تسهیل می‌نمایند.

در بین سلول‌های مزانشیمی، مزانشیم‌های استخراج شده از بافت بندناف انسان (hUCMSCs) نه تنها به آسانی در دسترس هستند و می‌توان آنها را به روش غیر تهاجمی جمع‌آوری کرد بلکه دارای ایمنی‌زایی کمتری نسبت به سلول‌های بنیادی از سایر منابع هستند. همچنین این سلول‌ها دارای مزایای تمایز چندگانه، زمان تکثیر کوتاه، استخراج آسان و زمان بقای طولانی پس از پیوند هستند که به عنوان سلول‌های مطلوب به منظور پیوند پذیرفته شده‌اند. بافت بندناف، به عنوان منبع غنی و امیدبخش سلول‌های مزانشیمی نقش مهمی در مدیریت ترمیم آسیب نخاعی دارد. پیوند سلول‌های مزانشیمی بندناف می‌تواند بیان IL-7 (اینترلوکین-7، فاکتور رشد خونی که توسط برخی سلول‌ها از جمله نورون‌ها و سلول‌های بنیادی ترشح می‌شود) را کاهش داده و قطبی شدن ماکروفاژهای M2 را تسهیل نماید، بنابراین ترمیم محل آسیب دیده را تسریع کرده و عملکرد حرکتی موش‌های دارای نقص نخاعی را بهبود می‌بخشد.

وزیکول‌های خارج سلولی (EVs) ریز‌ذرات مشتق شده از سلول هستند که در مایعات بدن از جمله میکرووزیکول‌ها، اگزوزوم‌ها و اجسام آپوپتوتیک یافت می‌شوند. این وزیکول‌ها به عنوان واسطه‌گرهای ضروری در مسیرهای سیگنالینگ فیزیولوژیک و پاتولوژیک شناخته شده و هم‌چنین بسیاری از اثرات درمانی سلول‌های بنیادی مزانشیمی نیز به این وزیکول‌ها نسبت داده می‌شود. این اثرات غالباً به واسطۀ پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدهای درون آن‌ها اعمال می‌گردد. گزارش شده است که EVs مشتق شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی اثر درمانی مشابهی با خود سلول‌های مزانشیمی دارند. با این وجود، مکانیسم ترمیم hUCMSCs-EVs در آسیب‌های نخاعی به طور کامل شناخته نشده بود. از نظر مکانیکی، EVها از طریق انتقال میکرو آر. ان. ای‌ها (microRNAs-miRs) سهم مهمی از ارتباطات بین سلولی را به خود اختصاص داده‌اند. EVها می‌توانند سیگنال‌های ماکرومولکولی مانند miRها را به سلول‌های همسایه انتقال دهند و فعالیت رونویسی آنها را تغییر دهند. توانایی miRها برای تنظیم وضعیت و عملکرد سلول از طریق ژن‌های خاموش کنندۀ پسا رونویسی، عامل مهمی در فیزیولوژی بیماری‌شناسی آسیب‌های نخاعی در نظر گرفته می‌شود. اخیراً گزارش شده است که میکرو آر. ان. ای با نام miR-29b-3p نقش تنظیم کننده‌ای در بدخیمی‌ها، استئوآرتریت (آرتروز) و تشکیل فیبروز قلبی دارد. تزریق miR-29b به محل آسیب نخاعی، می‌تواند از مرگ نورونی جلوگیری کرده و آپوپتوز ناشی از آسیب نخاعی را از بین ببرد. لذا این سؤال که آیا hUCMSCs-EVs می‌تواند با حمل miR-29b-3p باعث ترمیم آسیب‌های نخاعی شود یا خیر، موضوعی بود که توسط محققان آزمایشگاه Hunan مورد بررسی قرار گرفت تا نقش سلول‌درمانی آنها در کارآزمایی‌های بالینی مشخص گردد.

در این بررسی، محققان ابتدا سلول‌های hUCMSCs و hUCMSCs-EVs در آزمایشگاه کشت داده و بعد مورد شناسایی قرار دادند. سپس مدل موشی که دارای آسیب نخاعی باشد، آماده گردید و با hUCMSCs-EVs تیمار شد. عملکرد حرکتی موش‌های دارای آسیب نخاعی و مورفولوژی بافت‌های طناب نخاعی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سطوح NeuN، GFAP و NF200 در بافت‌های نخاعی شناسایی گردید و میزان آپوپتوز سلولی اندازه‌گیری شد. NeuN در هسته سلول‌های عصبی بالغ سیستم اعصاب مرکزی پستانداران قرار گرفته است و به عنوان مارکر نورون‌های بالغ شناخته می‌شود همچنین GFAP و محصولات حاصل از تجزیۀ آن، پس از آسیب نخاع به سرعت در مایعات زیستی بدن رها می‌شوند، بنابراین به عنوان بیومارکر اختلالات عصبی عمل می‌کند. NF200 هم که یک پروتئین نوروفیلامنت است، بیومارکر نورون‌های بالغ در سیستم اعصاب مرکزی می‌باشد.

موش‌های دارای آسیب نخاعی با EVهای استخراج شده از سلول‌های مزانشیمی که با مهارکنندۀ miR-29b-3p ترانسفکت شده بودند؛ تیمار شدند. از سوی دیگر، ژن پایین‌دست و مسیر miR-29b-3p های نشاندار شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که miR-29b-3p در بافت‌های دارای آسیب نخاعی به طور ضعیفی بیان می‌گردد، در حالیکه در EVs و موش‌های تیمار شده با EVs به شدت بیان می‌شود. از طرفی، در مطالعات قبلی مشخص گردیده بود که PTEN (یک تنظیم کنندۀ منفی برای آسیب‌های نخاعی که می‌تواند نورون‌زایی و بازسازی آکسون‌ را مسدود نماید) مسیر Akt/mTOR را که در بازیابی عملکرد پس از آسیب نخاعی نقش دارد، مهار می‌سازد. نتایج بررسی محققان Hunan نشان می‌دهد که سطوح pAKT و pmTOR در موش‌های دارای آسیب به میزان چشمگیری کاهش می‌یابد ولی پس از تیمار موش‌ها با EV، افزایش پیدا می‌کند. بعلاوه، hUCMSCs-EVs مسیر Akt/mTOR را در هنگام ترمیم نخاع در موش‌های دارای آسیب از طریق محور miR-29b-3p/PTEN فعال می‌سازند.

 miR-29b-3p می‌تواند PTEN را مورد هدف قرار دهد. از آنجا که ناحیۀ اتصال ویژۀ مشابهی بین PTEN 3′ UTR و توالی miR-29b-3p در انسان و موش وجود دارد، محققان Hunan گمان می‌کنند که miR-29b-3p حمل شده توسط hUCMSCs-EVs می‌تواند با هدف قرار دادن PTEN در موش‌ها، در ترمیم آسیب نخاعی مشارکت داشته باشند. لذا دیده شد که تیمار موش‌ها با EVs می‌تواند به طور قابل توجهی بیان PTEN را کاهش دهد، در حالیکه تیمار با مهار کنندۀ EVs، بیان PTEN را در بافت‌های نخاعی موش‌های دارای آسیب افزایش می‌دهد. لذا مهار miR-29b-3p یا بیان بیش از حد PTEN، اثر ترمیمی EVs را روی موش‌های دارای آسیب، معکوس خواهد نمود.

به طور کلی، محققان در این بررسی نشان دادند که وزیکول‌های خارج سلولی مشتق شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بندناف انسان می‌توانند تغییرات پاتولوژیک را در موش‌های دارای آسیب نخاعی کاهش داده و عملکرد حرکتی را بهبود ‌بخشند و ترمیم عملکرد عصب را از طریق محور miR-29b-3p/PTEN/Akt/mTOR ارتقا ‌دهند موش‌های تیمار شده با hUCMSCs-EVs بهبود عملکرد حرکتی، کاهش نکروز و همینطور کاهش پیکنوز هسته‌ای (ضخیم‌شدگی و چروکیدگی هسته سلول بعد از مرگ آن) را به طور آشکاری نشان دادند؛ بنابراین hUCMSCs-EVs می‌توانند به طور معناداری آسیب‌های نخاعی را کاهش دهند.

پایان مطلب/

منابع:

 Mneimneh, A. and M. Mehanna, Collagen-based scaffolds: An auspicious tool to support repair, recovery, and regeneration post spinal cord injury. International Journal of Pharmaceutics, 2021: p. 120559.

 Zhuang, W.-Z., et al., Mesenchymal stem/stromal cell-based therapy: mechanism, systemic safety and biodistribution for precision clinical applications. Journal of biomedical science, 2021. 28(1): p. 1-38.

  Dabrowska, S., et al., Immunomodulatory and Regenerative Effects of Mesenchymal Stem Cells and Extracellular Vesicles: Therapeutic Outlook for Inflammatory and Degenerative Diseases. Frontiers in Immunology, 2021. 11: p. 3809.

  Amanat, M., et al., Clinical and imaging outcomes after intrathecal injection of umbilical cord tissue mesenchymal stem cells in cerebral palsy: a randomized double-blind sham-controlled clinical trial. Stem cell research & therapy, 2021. 12(1): p. 1-15.

  Giunti, D., et al., Role of miRNAs shuttled by mesenchymal stem cell-derived small extracellular vesicles in modulating neuroinflammation. Scientific reports, 2021. 11(1): p. 1-17.