به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، با توجه به اینکه پیوند به روش مرسوم نمی‌تواند نیاز فزاینده به پیوند اعضا را پاسخ دهد و از طرفی زمان‌های انتظار طولانی تا ارزیابی وجود شباهت‌های ایمنی بیماران و اهداکنندگان بالقوه، ممکن است سال‌ها طول بکشد تا مطابقت پیدا شود، این نیاز فزاینده به پیوند این پرسش را ایجاد می‌کند که کدام فناوری‌های جدید می‌توانند برای رفع این نیاز کارآمدتر و جذاب تر باشند. زیرا پیوند از افراد زنده در حال حاضر پاسخگوی تقاضای جایگزینی قلب، ریه‌ها‌، کلیه‌ها و کبد نیست. شاید بتوان با افزایش پیوند اعضا از اجساد، در دسترس بودن به برخی از اندام‌ها را بهبود بخشید. بر همین اساس فناوری‌های نوظهور مانند کاشت دستگاه‌ها و تجهیزات جایگزین، فناوری سلول‌های بنیادی، مهندسی بافت، ارگانوژنز و پیوند بیگانه مورد توجه قرار گرفته است. به گفته اداره منابع و خدمات بهداشتی، هفده آمریکایی هر روز در انتظار پیوند عضو جان خود را از دست می‌دهند.

استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی برای پیوند

دانشمندان در حال بررسی جایگزین‌هایی برای پیوند هستند، از جمله استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی (hPSCs) به عنوان درمان‌های جایگزین hPSC ها سلول‌های پیش سازی هستند که توانایی تمایز به هر نوع سلولی از بدن با شرایط محیطی یا کشت مناسب را دارند. نکته مهمتر اینکه سلول‌های بنیادی جنینی می‌توانند به هر عضوی در بدن تبدیل شوند، بنابراین می‌توانند برای جایگزینی هر عضوی در بدن استفاده شوند. با این حال، حداقل دو عامل این احتمال را محدود می‌کند. نخست این‌که سلول‌های بنیادی جنینی یک فرد، از نظر ژنتیکی به طور اجتناب ناپذیری با فرد تحت درمان متفاوت است و استفاده از بافت‌ها یا اندام‌های حاصل از این سلول‌ها ممکن است به سرکوب سیستم ایمنی نیاز داشته باشد. بنابراین در شرایط آزمایشگاهی، سلول‌های بنیادی گرفته شده از بیماران می‌توانند بافت‌ها و اندام‌هایی تولید کنند که در مقایسه با مواد اهداکننده، خطر رد کمتری دارند. به این ترتیب، افزایش تولید آنها برای پاسخگویی به تقاضاها ضروری است. از طرفی روش‌های فعلی برای افزایش تولید hPSC به ایجاد شرایط کشت پیچیده برای تقلید از محیط سلولی متکی است. بنابراین، محققان در حال بررسی روش‌های جایگزین برای کاهش سطح ورودی انسانی مورد نیاز برای تولید مقادیر فراوان سلول‌های بنیادی هستند.

تشخیص و کنترل وضعیت متمایز

Peter Zandstra، دانشمند محقق در دانشگاه بریتیش کلمبیا گفت: «در دنیای ایده‌آل، ما می‌توانیم سلول‌های کاربردی را از سلول‌های بنیادی با استفاده از مدارهای ژنی مصنوعی برای افزایش بازده [سلول‌های بنیادی] یا انواع سلول‌ها تولید کنیم تا در نهایت در درمان‌های سلولی و ژنی مورد استفاده قرار گیرند. برای تحقق این امر، زاندسترا و همکارانش، از جمله نویسنده اول، Laura Prochazka، به طور استراتژیک یک مدار ژن مصنوعی برای تشخیص و کنترل وضعیت متمایز یک سلول طراحی کردند. این کار اخیراً در Molecular Systems Biology منتشر شده است.

تولید کارآمد انواع سلول‌ها یا بافت‌ها با روش‌های جدید

برنامه‌های قوی تنظیم کننده ژن، سلول‌های بنیادی را قادر می‌سازد تا با حس کردن و پاسخ به محرک‌ها به شیوه‌ای تعریف‌شده، خود تجدید و تمایز پیدا کنند. مهمتر از همه، این مدارهای تنظیمی قادر به ادغام چندین سیگنال ورودی داخلی و خارجی برای دستیابی به درجه بالایی از ویژگی هستند، که منجر به فعال‌سازی مولکول‌های ایجاد کننده یک حالت سلولی خاص می‌شود. از طرفی تولید مولکول‌های موثر اغلب درجه بندی می‌شود، زیرا دوزهای تعریف شده از یک مولکول موثر می‌تواند منجر به تولید نسبت‌های مطلوب از دودمان‌های پایین دست شود. بنابراین توانایی مهندسی چنین مدارهای تنظیم کننده ژنی در سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی (hPSC) به صورت de novo تولید کارآمد انواع سلول‌ها یا بافت‌های مورد نظر را برای کاربردهای تحقیقاتی و پزشکی بازساختی ممکن می‌سازد.

ایجاد مدار ژن مصنوعی  

مدار ژن مصنوعی یک شبکه ژنی مهندسی شده است که از طریق مقررات رونویسی یا پس از رونویسی کنترل می‌شود تا خروجی مورد نظر را هماهنگ کند. برای کنترل انتقال حالت سلولی hPSC، تیم Zandstra از یک مکانیسم تنظیمی پس از رونویسی از طریق مدارهای منطقی مبتنی بر microRNA مهندسی شده (miRNA) استفاده کرد. مدارها بیان ژن را با به کارگیری توانایی miRNAها برای اتصال و تسهیل تخریب RNA حاوی عناصر پاسخ miRNA (MRE) تنظیم می‌کنند. در این مطالعه، برای تشخیص وضعیت یک سلولhPSC در مقابل سلول غیر hPSC  و یا برای کنترل حالت تمایز و تعدیل بیان ژن‌های مشخص شده، مدارهایی طراحی و مهندسی شد. در دنیای ایده‌آل، ما می‌توانیم سلول‌های کاربردی را از سلول‌های بنیادی با استفاده از مدارهای ژن مصنوعی برای افزایش بازده [سلول‌های بنیادی] یا انواع سلول‌ها تولید کنیم تا در نهایت در درمان‌های سلولی و ژنی مورد استفاده قرار گیرند. Gábor Balázsi، زیست شناس مصنوعی در دانشگاه استونی بروک در نیویورک که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: «کنترل سلول هدف مهمی بوده است. "این یک راه جالب برای جفت کردن این دو تلاش [تشخیص وضعیت سلولی و تمایز] است، که اساسا ورودی انسان را حذف می‌کند."

مشاهدات و نتایج حاصل از مطالعه

به عنوان اثبات مفهوم، محققان مدارهای خود را در hPSCها بیان کردند و تأیید کردند که آیا آنها می‌توانند تمایز سلولی را کنترل کنند یا خیر. آنها از بیان BMP4 به عنوان خروجی استفاده کردند که برای تمایز hPSCها به انواع مختلف سلول مورد نیاز است. هنگامی که محققان بیان BMP4 را با استفاده از انواع مختلف MRE، به نام miRNA silencing-mediated-fine-tuners (misFITs) تعدیل کردند، یک پاسخ وابسته به دوز را در تمایز مشاهده کردند. به عنوان مثال، سلول‌های گونه ای که BMP4 را در سطوح پایین بیان می‌کردند، در حالت پرتوان و تمایز نیافته باقی می‌ماندند. در مقابل، سلول‌هایی که سطوح متوسط تا بالای BMP4 را بیان می‌کردند، الگوهای گاسترولاسیون، مشابه سلول‌هایی که در معرض BMP4 برون‌زا قرار داشتند، تشکیل می‌شد. ایننتایج  نشان داد که مدارها می‌توانند انتقال حالت سلولی را به شیوه ای وابسته به دوز هماهنگ کنند.

بکارگیری این طرح برای تولید وپیوند اعضا

با اثبات موفقیت آمیز مفهوم، Zandstra در مورد آنچه در آینده خواهد آمد هیجان زده است. او گفت: «من فکر می‌کنم که ما واقعاً در ابتدای شروع معرفی مدارهای پیچیده‌تر به سلول‌های بنیادی پرتوان هستیم و این مقاله نشان می‌دهد که این امکان وجود دارد و شدنی است. در حرکت رو به جلو، محققان می‌خواهند این مدارهای پیچیده را مهندسی کنند تا سلول‌های تمایز یافته ناخواسته را از بین ببرند یا وضعیت سلولی را برای نظارت بر تولید hPSC برای کاربرد در پزشکی احیاکننده و پیوند ردیابی کنند.

پایان مطلب/.