یادداشت
ایجاد دندان‌های مشتق از سلول‌های بنیادی
محققان موفق شدند ارگانوئیدهایی از سلول‌های بنیادی بسازند که قادرند پروتئین‌هایی که مینای دندان را که از دندان‌ها در برابر آسیب و پوسیدگی محافظت می‌کند را بسازند.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، مینای دندان که توسط آملوبلاست‌ها (AMs) ترشح می‌شود، سخت ترین ماده در بدن انسان است که به عنوان محافظی برای محافظت از دندان‌ها عمل می‌کند. با این حال، مینای دندان در بیش از 90 درصد بزرگسالان به تدریج آسیب می‌بیند یا تا حدی از بین می‌رود و به دلیل کمبود آملوبلاست در دندان‌های رویش یافته قابل بازسازی نیست. در همین راستا های ژانگ، پروفسور دندانپزشکی ترمیمی در دانشکده دندانپزشکی UW و یکی از متخصصین دندانپزشکی دانشگاه علوم پزشکی وین، می‌گوید: " ترشح پروتئین مینای دندان از ارگانوئیدهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی" اولین گام حیاتی برای هدف بلندمدت ما برای توسعه درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای ترمیم دندان‌های آسیب دیده و بازسازی دندان‌های از دست رفته است. این یافته‌ها در مجله Developmental Cell منتشر شده است. عمار الغدیر، دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه Hannele Ruohola-Baker در گروه بیوشیمی در دانشکده پزشکی UW ونویسنده اصلی مقاله گفت: این آزمایشگاه وابسته به موسسه پزشکی UW است که تنها برای کار بر روی سلول‌های بنیادی و پزشکی احیا کننده فعالیت دارد.
مینای دندان
مینای دندان از دندان‌ها در برابر فشارهای مکانیکی ناشی از جویدن محافظت می‌کند و به آنها در مقاومت در برابر پوسیدگی نیز کمک می‌کند. این سخت ترین بافت بدن انسان است. مینا در طول تشکیل دندان توسط سلول‌های تخصصی به نام آملوباست ساخته می‌شود. هنگامی که شکل گیری دندان کامل می‌شود، این سلول‌ها از بین می‌روند. در نتیجه، بدن راهی برای ترمیم یا بازسازی مینای آسیب دیده ندارد و دندان‌ها می‌توانند مستعد شکستگی یا از بین رفتن شوند.
تولید آملوبلاست (AM) انسانی
همه چیزخواران و گیاهخواران به طور یکسان دارای یک لایه مینای کلسیفیه بیرونی هستند که از ساختارهای دندان زنده محافظت می‌کند. AMs سلول‌های اپیتلیال دندانی هستند که با ادونتوبلاست‌های مشتق از اکتومسانشیم (OBs) برای تولید پوسته محافظ تعامل دارند. AMs ماتریکس پروتئین مینا را ترشح می‌کند و مواد معدنی را برای رسیدن به مینای سخت و بالغ در طول رشد انسان ترشح می‌کند. در طول رویش دندان در انسان، AMs دچار آپوپتوز می‌شود. بنابراین OBs لایه محافظ داخلی دندان، عاج را تولید می‌کند. برخی از حیوانات می‌توانند این لایه را به دلیل سلول‌های بنیادی اپیتلیال دندانی فعال که آملوبلاست عملکردی جدیدی تولید می‌کنند، بازسازی کنند. با این حال، هنوز برای یک انسان بالغ ایجاد راهی برای تولید آملوبلاست‌های فعال ترشح‌کننده مینا یا طاقچه سلول‌های بنیادی نیست و بنابراین امکان بازسازی لایه مینای از دست رفته نیز وجود ندارد و در نتیجه انسان با عملکرد ناموفق دندان و از دست دادن این عضو حیاتی در بدن همراه است. زیرا تا به امروز ، ما نمی‌دانستیم که چگونه می‌توان این نوع سلول انسانی احیاکننده، آملوبلاست (AM) را تولید کرد. لازم به ذکر است که علاوه بر آسیب، بیماری‌های ژنتیکی مادرزادی مانند amelogenesis imperfecta می‌توانند در از بین رفتن مینای دندان نقش داشته باشند.
روش تولید آملوبلاست‌ها در آزمایشگاه
برای ایجاد آملوبلاست‌ها در آزمایشگاه، محققان ابتدا باید برنامه ژنتیکی را بررسی و کشف کردند که سلول‌های بنیادی جنین را به سمت این سلول‌های بسیار تخصصی تولید کننده مینا سوق می‌دهد. آنها برای انجام این کار از تکنیکی به نام توالی‌یابی RNA شاخص‌سازی ترکیبی تک سلولی (sci-RNA-seq) استفاده کردند که نشان می‌دهد کدام ژن‌ها در مراحل مختلف رشد سلول فعال هستند. این امر ممکن است زیرا مولکول‌های RNA که RNA پیام‌رسان (mRNA) نامیده می‌شوند، دستورالعمل‌های پروتئین‌های کدگذاری شده در DNA ژن‌های فعال‌شده را به ماشین‌های مولکولی که پروتئین‌ها را جمع‌آوری می‌کنند، حمل می‌کنند. به همین دلیل است که تغییرات در سطوح mRNA در مراحل مختلف رشد سلول نشان می‌دهد که کدام ژن در هر مرحله روشن و یا خاموش می‌شود.
یافته های کسب شده از sci-RNA-seq
با انجام sci-RNA-seq بر روی سلول‌ها در مراحل مختلف رشد دندان انسان، محققان توانستند یک سری عکس فوری از فعال شدن ژن در هر مرحله به دست آورند. آنها سپس از یک برنامه کامپیوتری پیچیده به نام Monocle استفاده کردند تا مسیر احتمالی فعالیت‌های ژنی را که با تبدیل سلول‌های بنیادی تمایز نیافته به آملوبلاست کاملاً تمایز یافته رخ می‌دهد، بسازند. Ruohola-Baker که سرپرستی این پروژه را بر عهده داشت، گفت: "برنامه کامپیوتری نحوه رسیدن شما از اینجا به آنجا، نقشه راه، طرح اولیه مورد نیاز برای ساخت ameloblasts را پیش بینی می‌کند." او استاد بیوشیمی و دانشیار مؤسسه پزشکی UW برای سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی است.
تولید آملوبلاست از سلول‌های بنیادی تمایز نیافته انسانی
با ترسیم این مسیر، محققان پس از آزمون و خطای بسیار، توانستند سلول‌های بنیادی تمایز نیافته انسانی را به آملوبلاست ترغیب کنند. آنها این کار را با قرار دادن سلول‌های بنیادی در معرض سیگنال‌های شیمیایی انجام دادند که مشخص بود ژن‌های مختلف را در توالی فعال می‌کنند که مسیری را که توسط داده‌های sci-RNA-seq نشان می‌دهد تقلید می‌کند. در برخی موارد از سیگنال های شیمیایی شناخته شده استفاده می کردند. در موارد دیگر، همکاران مؤسسه پزشکی UW برای طراحی پروتئین، پروتئین‌های طراحی‌شده با رایانه را ایجاد کردند که اثرات افزایش‌یافته‌ای داشتند.
معرفی سابودنتوبلاست و ترشح سه پروتئین مینای ضروری
در حین انجام این پروژه، دانشمندان همچنین برای اولین بار نوع سلول دیگری به نام سابودنتوبلاست را شناسایی کردند که به عقیده آنها مولد ادونتوبلاست‌ها است، یک نوع سلولی که برای تشکیل دندان بسیار مهم است. محققان دریافتند که این نوع سلول‌ها با هم می‌توانند برای تشکیل اندام‌های کوچک، سه بعدی و چند سلولی به نام ارگانوئید القا شوند. زیرا مشاهده شد که این سلول‌ها با هم کشتی کنار هم، خود را در ساختارهایی مشابه آنچه در دندان‌های در حال رشد انسان مشاهده می‌شود سازماندهی کردند و سه پروتئین مینای ضروری ترشح کردند: آملوبلاستین، آملوژنین و مینا. سپس این پروتئین ها یک ماتریکس تشکیل می دهند. یک فرآیند کانی سازی که برای تشکیل مینا با سختی لازم ضروری است، به دنبال خواهد داشت.
چشم اندازهای بعدی مطالعه
ژانگ گفت که تیم تحقیقاتی اکنون امیدوار است که این فرآیند را اصلاح کند تا مینای دندان از نظر دوام قابل مقایسه با مینای دندان طبیعی باشد و راه‌هایی برای استفاده از این مینا برای ترمیم دندان‌های آسیب دیده ایجاد کند. بنابراین این یک روش ایجاد مینای دندان در آزمایشگاه است که می‌تواند برای پر کردن حفره‌ها و سایر عیوب استفاده شود. Ruohola-Baker خاطرنشان می‌کند که یک رویکرد بلندپروازانه دیگر ایجاد "پر کردن‌های زنده" است که می‌تواند در حفره‌ها و سایر نقص‌ها رشد کند و آنها را ترمیم کند. در نهایت، هدف ایجاد دندان‌های مشتق از سلول‌های بنیادی است که می‌تواند به طور کامل جایگزین دندان‌های از دست رفته شود.
دندانپزشکی ترمیمی انسان
Ruohola-Baker گفت که دندان ها یک مدل ایده آل برای کار بر روی توسعه سایر روش‌های درمانی سلول‌های بنیادی هستند. بسیاری از اندام‌هایی که می‌خواهیم جایگزین شوند، مانند پانکراس، کلیه و مغز انسان، بزرگ و پیچیده هستند. بازسازی ایمن آنها از سلول‌های بنیادی زمان می‌برد. از سوی دیگر، دندان‌ها بسیار کوچک‌تر و پیچیده‌تر هستند. حتی ممکن است مدتی طول بکشد تا بتوانیم آنها را بازسازی کنیم، اما اکنون می‌توانیم مراحلی را که برای رسیدن به آن نیاز داریم، ببینیم." او پیش‌بینی می‌کند، "این ممکن است در نهایت "قرن پرکردگی زنده" و به طور کلی دندانپزشکی ترمیمی انسان باشد."
پایان مطلب/.