به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، اندامک‌ها – تکه‌ها و قطعات RNA و پروتئین درون یک سلول با حفظ هموستاز، تنظیم رشد و پیری و تولید انرژی، نقش مهمی در سلامت و بیماری انسان ایفا می‌کنند،. تنوع اندامک در سلول‌ها نه تنها بین انواع سلولی بلکه در سلول‌های فردی نیز وجود دارد. مطالعه این تفاوت‌ها به محققان کمک می‌کند تا عملکرد سلولی را بهتر درک کنند تا درنهایت منجر به بهبود و درمان بیماری‌های مختلف شود.

محققان در دو مقاله از آزمایشگاه Ahmet F. Coskun پروفسور Bernie Marcus در بخش مهندسی بیومدیکال Coulter در مؤسسه فناوری جورجیا، نوع خاصی از سلول‌های بنیادی را با یک جعبه ابزار درون سلولی برای تعیین اینکه کدام سلول‌ها به احتمال زیاد سلول درمانی موثر ایجاد می‌کنند، مورد بررسی قرار دادند. Coskun گفت: "ما در حال مطالعه قرار دادن اندامک‌ها در سلول‌ها و نحوه ارتباط آنها برای کمک به درمان بهتر بیماری هستیم." کار اخیر ما استفاده از یک جعبه ابزار درون سلولی را، برای ترسیم جغرافیای زیستی اندامک‌ها در سلول‌های بنیادی پیشنهاد می‌کند که می‌تواند به درمان‌های دقیق تری منجر شود.

سلول‌ها و اندامک‌ها

سلول‌ها عملکردهای مختلفی مانند ایجاد ساختار و پشتیبانی، تسهیل رشد، تولید انرژی و غیره را برای حمایت و حفظ زندگی انجام می‌دهند. این فعالیت‌ها توسط ساختارهای زیر سلولی مختلف به نام اندامک‌ها مانند هسته، میتوکندری، شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی انجام می‌شود. اندامک‌ها برای تشکیل شبکه ای از فعل و انفعالات باهم همکاری می‌کنند که همین امر فعالیت‌های مختلف سلولی را ممکن می‌سازد. بنابراین، مطالعه برهمکنش‌های اندامک‌ها برای درک چگونگی عملکرد جامع‌تر سلول‌ها کلیدی است. تنوع سلول به سلول نه تنها بین انواع سلول، بلکه بین سلول‌های هم نوع مشاهده می‌شود، که همین عامل منجر به سلول‌های متمایز از نظر مولکولی و عملکردی می‌شود. اما باید دانست که چنین تفاوت‌هایی ممکن است به سلامت و عملکرد کل ارگانیسم کمک کند. عوامل متعددی مانند تنوع ریزمحیط، تفاوت در مراحل سلولی، ژنتیک یا اپی ژنتیک، یا نوسانات در سطوح بیان ژن می‌توانند باعث این ناهمگونی شوند. بنابراین، رویکردهای آنالیز تک سلولی در بررسی جنبه‌هایی از مکانیسم‌های سلولی مفید هستند که در مطالعات سطح انبوه نشان داده نمی‌شوند.

سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs)

استفاده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) به یک روش درمانی امیدوارکننده برای درمان انواع بیماری‌ها تبدیل شده است، زیرا می‌توانند سلول‌های آسیب دیده را با تمایز به سلول‌های جایگزین و تعدیل پاسخ های ایمنی ترمیم کنند. بنابراین، تجزیه و تحلیل شبکه‌های اندامک فضایی در سلول‌های بنیادی مزانشیمی می‌تواند به درک بهتر عملکرد سلول برای طراحی روش‌های درمانی مناسب منجر شود. اگرچه مطالعات اخیر با تمرکز بر تجزیه و تحلیل اندامک فضایی انجام شده است، اما در این مطالعات از داده‌های فضایی هر اندامک از سلول‌های مختلف استفاده شده است که دقت اطلاعات فضایی حاصل را کاهش می‌دهد. به این ترتیب، یک روش تصویربرداری و تجزیه و تحلیل پروتئین بسیار مالتی پلکس برای به دست آوردن اطلاعات فضایی در مورد اندامک‌های درون یک سلول مورد نیاز است، که سپس می‌توان از آن برای مقایسه و درک تفاوت‌های سازمان فضایی بین انواع سلول‌های مختلف استفاده کرد. علاوه بر تنوع درون جمعیتی، متداول‌ترین سلول‌های بنیادی در دسترس  که از مغز استخوان (BM) و بند ناف پس از زایمان (UC) منشأ می‌گیرند، متغیرهای دیگری را برای مطالعه معرفی می‌کنند. این سلول‌ها پروفایل‌های مولکولی، پتانسیل تمایز و اثربخشی درمانی متفاوتی را نشان می‌دهند، و اتفاق نظر کمی در مورد تأثیر منبع MSC بر نتیجه وجود دارد. بنابراین ایجاد ابزاری برای شناخت دقیق‌تر فضای درون سلول ضروری است.

ایجاد جعبه ابزار omics درون سلولی

اولین مطالعه که در Scientific Reports منتشر شد، به بررسی سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) پرداخت که در طول تاریخ درمان‌های امیدوارکننده‌ای را برای ترمیم سلول‌های معیوب یا تعدیل پاسخ ایمنی در بیماران ارائه کرده‌اند. در یک سری آزمایش، محققان توانستند یک رویکرد تک سلولی مبتنی بر داده را از طریق تصویربرداری سریع پروتئومی درون سلولی ایجاد کنند که سلول‌های بنیادی درمانی شخصی‌سازی شده را ممکن می‌سازد. سپس محققان یک تکنیک ایمونوفلورسانس سریع چندگانه را اجرا کردند که در آن از آنتی بادی‌هایی استفاده کردند که برای هدف قرار دادن اندامک های خاص طراحی شده بودند. آنها با آنتی بادی های فلوئورسانس، طول موج‌ها و سیگنال‌ها را برای جمع آوری تصاویر بسیاری از سلول‌های مختلف و ایجاد نقشه‌ها ردیابی کردند. سپس این نقشه‌ها محققان را قادر ساخت تا سازماندهی فضایی تماس اندامک‌ها و گسترش جغرافیایی در سلول‌های مشابه را ببینند تا تعیین کنند کدام نوع سلول به بهترین وجه بیماری‌های مختلف را درمان می‌کند. Coskun می‌گوید: "معمولاً از سلول‌های بنیادی برای ترمیم سلول‌های معیوب یا درمان بیماری‌های ایمنی استفاده می شود، اما مطالعه کوچک ما روی این سلول‌های خاص نشان داد که چقدر می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند." "این مطالعه ثابت کرد که باید هویت سلول‌های بنیادی و عملکرد اندامک‌های بیوانرژیک آنها در جمعیت سلول جداسازی شده سفارشی مورد نیاز برای درمان بیمار ، مورد توجه قرار گیرد. به عبارت دیگر، در درمان یک بیماری خاص، بسته به نیاز بیمار، شاید بهتر باشد همان نوع سلول از همان ناحیه یا نقاط مختلف دیگر برداشت شود.

نزدیکی RNA-RNA مهم است

در مطالعه بعدی که این هفته در Cell Reports Methods منتشر شد، محققان این جعبه ابزار را یک گام فراتر بردند و سازماندهی فضایی چندین مولکول RNA مجاور را در سلول‌های منفرد مطالعه کردند که برای عملکرد سلولی مهم هستند. محققان این ابزار را با ترکیب یادگیری ماشین و رونویسی فضایی تکامل دادند. آنها دریافتند که تجزیه و تحلیل تغییرات مجاورت ژن برای طبقه بندی انواع سلول ها از تجزیه و تحلیل تنها بیان ژن دقیق تر است. Coskun می‌گوید: «برهم‌کنش‌های فیزیکی بین مولکول‌ها باعث ایجاد حیات می‌شود؛ بنابراین، مکان‌های فیزیکی و نزدیکی این مولکول‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند. ما یک جعبه ابزار درون سلولی از شبکه‌های همسایگی ژن درون سلولی در بخش‌های جغرافیایی مختلف هر سلول ایجاد کردیم تا نگاهی دقیق‌تر به این موضوع داشته باشیم.»

روش آزمایش

این آزمایش شامل دو بخش بود: توسعه روش‌های محاسباتی و انجام آزمایش‌ها در میز آزمایشگاه. در این کار محققان مجموعه داده‌های منتشر شده و الگوریتمی را برای گروه بندی مولکول‌های RNA بر اساس موقعیت فیزیکی آنها مورد بررسی قرار دادند. این الگوریتم "نزدیک ترین همسایه" به تعیین گروه بندی ژن کمک کرد. محققان سپس مولکول‌های RNA را با فلورسنت برچسب‌گذاری کردند تا به راحتی آنها را در سلول‌های منفرد قرار دهند. آنها سپس بسیاری از ویژگی‌های توزیع مولکول‌های RNA را کشف کردند، مانند اینکه ژن‌ها چگونه در مکان‌های مشابه درون سلولی قرار دارند.

اهمیت ابزار طراحی شده برای سلول درمانی

سلول درمانی به سلول‌های زیادی با فنوتیپ‌های بسیار مشابه نیاز دارد و اگر زیرگروه هایی از سلول‌های ناشناخته در سلول‌های درمانی وجود داشته باشد، محققان نمی‌توانند رفتار این سلول‌ها را پس از تزریق به بیماران پیش بینی کنند. با این ابزارها می‌توان سلول‌های بیشتری از یک نوع را شناسایی کرد و زیر مجموعه‌های سلول‌های بنیادی متمایز با برنامه‌های ژنی غیر معمول را نیز جدا کرد.

Coskun گفت: «ما در حال گسترش ابزار برای سازمان‌دهی مولکول‌ها در فضای درون سلولی  هستیم. هدف نهایی، درک بهتر عملکرد سلول و کشف روش‌های درمانی با استفاده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی است. از جمله آن تفاوت در مکان یابی اندامک‌ها، برهمکنش‌ها، و ناهمگونی MSC از منابع اهداکننده این هدف را برجسته می‌کند که در نهایت بتواند به طراحی سلول‌های درمانی بهتر کمک کند.

پایان مطلب/.