به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، جوانه اندام اولیه از پیش سازهای اندام مزانشیمی مشتق شده از مزودرم صفحه جانبی (LPM) تشکیل شده است. LPM همچنین باعث ایجاد اجزای مزودرمی پهلو و گردن می‌شود. با این حال، سلول‌های این سطوح دیگر نمی‌توانند انواع سلول‌های موجود در اندام را تولید کنند. لازم به ذکر است که اندام مهره داران ابتدا به صورت جوانه‌های کوچک در مکان‌های خاصی در امتداد تنه ظاهر می‌شوند. اگرچه مقدار قابل توجهی در مورد تنظیم مولکولی شروع و رشد اندام شناخته شده است، ولی رویدادهای سلولی زیربنای این فرآیندها کمتر شناخته شده است. در یک مطالعه مشترک، محققان دانشگاه کیوشو و دانشکده پزشکی هاروارد پروتئین‌هایی را شناسایی کرده اند که می‌توانند فیبروبلاست‌ها را تبدیل یا "برنامه ریزی مجدد" کنند. فیبروبلاست‌ها شایع ترین سلول‌های موجود در پوست و بافت همبند هستند که به سلول‌هایی با خواص مشابه با سلول‌های پیش ساز اندام تبدیل می‌شوند. یافته‌های این محققان که در مجلهDevelopmental Cell  انتشار  یافته است،‎ می‌تواند درک ما را از رشد اندام افزایش داده و زمینه را برای درمان ترمیمی در آینده فراهم کند.

درمان بازسازی یا جایگزینی بافت طبیعی

در سراسر جهان، نزدیک به 60 میلیون نفر با از دست دادن اندام زندگی می‌کنند. قطع عضو می‌تواند ناشی از شرایط مختلف پزشکی مانند تومورها، عفونت‌ها و نقایص مادرزادی، یا به دلیل تروما ناشی از حوادث صنعتی، تصادفات رانندگی و بلایای طبیعی مانند زلزله باشد. افراد مبتلا به آسیب‌های اندام اغلب به مواد مصنوعی و پروتزهای فلزی متکی هستند، اما بسیاری از محققان در حال مطالعه روند رشد اندام‌ها هستند، با این هدف که درمان بازسازی یا جایگزینی بافت طبیعی را یک قدم به عنوان یک درمان بالقوه نزدیک‌تر کنند. اندامها در هیچ نقطه ای از محور بدن تشکیل نمی‌شوند. جالب اینجاست که در تمام مهره داران خشکی، در هر جنین فقط چهار جوانه اندام وجود دارد و از نظر خط وسط همیشه در مقابل یکدیگر قرار دارند. اگرچه اندام مهره داران مختلف با توجه به سطح سومیتی که از آنها بوجود می‌آیند متفاوت است، ولی موقعیت آنها نسبت به سطح بیان ژن Hox در امتداد محور قدامی-خلفی ثابت است.

فرایند ترمیم اندام با برنامه ریزی مجدد سلول‌های فیبروبلاست

در طول رشد اندام در جنین، سلول‌های پیش ساز اندام در جوانه اندام باعث ایجاد بیشتر بافت‌های مختلف اندام مانند استخوان، ماهیچه، غضروف و تاندون می‌شود. بنابراین ایجاد یک راه آسان و در دسترس برای ساخت این سلول‌ها مهم است. دکتر یوجی آتسوتا، محقق اصلی که شروع به رسیدگی به این پروژه در دانشکده پزشکی هاروارد کرد و آن را به عنوان یک مدرس در دانشکده علوم تحصیلات تکمیلی دانشگاه کیوشو ادامه داد، توضیح می‌دهد. در حال حاضر، یک راه متداول برای به دست آوردن سلول‌های پیش ساز اندام، مستقیماً از جنین است، که در مورد جنین انسان، نگرانی‌های اخلاقی را ایجاد می‌کند. روش دیگر، آنها را می‌توان با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ایجاد کرد. سلول‌های بالغ که دوباره به حالت جنینی برنامه‌ریزی می‌شوند و بعداً می‌توانند به انواع بافت‌های خاص تبدیل شوند. روش جدید توسعه یافته توسط Atsuta و همکارانش، که مستقیماً سلول‌های فیبروبلاست را به سلول‌های پیش ساز اندام برنامه ریزی می‌کند و سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را دور می‌زند، و این فرآیند را ساده می‌کند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. همچنین نگرانی سرطانی شدن سلول‌ها را که اغلب با سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ایجاد می‌شود، کاهش می‌دهد.

شیوه مطالعاتی

در مرحله اولیه مطالعه، محققان به بررسی ژن‌هایی پرداختند که در جوانه‌های اندام اولیه در موش‌ها و جنین‌های جوجه بیان می‌شوند. تقریباً تمام سلول‌های بدن، از جمله فیبروبلاست‌ها و سلول‌های پیش ساز اندام، حاوی DNA ژنومی یکسانی هستند، اما خواص و عملکردهای متفاوت هر نوع سلول در طول تکامل به دلیل تغییر در بیان ژن (به عبارت دیگر، کدام ژن‌ها فعال هستند و اینکه کدام پروتئین‌ها توسط سلول تولید می‌شوند) است. یکی از راه‌هایی که بیان ژن در سلول‌ها  راکنترل می‌کند، پروتئین‌های خاصی به نام فاکتورهای رونویسی است. این گروه تحقیقاتی 18 ژن را شناسایی کردند که عمدتاً فاکتورهای رونویسی هستند که در مقایسه با سایر بافت‌ها در جوانه‌های اولیه اندام بیشتر بیان می‌شوند. آنها فیبروبلاست‌ها را از جنین موش کشت دادند و این 18 ژن را با استفاده از ناقل‌های ویروسی به فیبروبلاست‌ها وارد کردند تا سلول‌ها این 18 فاکتور پروتئینی را تولید کنند. آنها دریافتند که فیبروبلاست‌های اصلاح‌شده دارای خواصی هستند و بیان ژنی مشابه سلول‌های پیش‌ساز اندام طبیعی موجود در جوانه‌های اندام را نشان می‌دهند. سپس، طی یک سری آزمایش، محققان انتخاب خود را محدود کردند و مشخص کردند که تنها سه فاکتور پروتئینی برای برنامه‌ریزی مجدد فیبروبلاست‌های موش به سلول‌های پیش ساز اندام ضروری هستند:   Prdm16، Zbtb16 و  .  Lin28a دراین فرایند پروتئین دیگری به نام Lin41، به رشد و تکثیر سریعتر سلول‌های پیش ساز اندام کمک کرد.

پیوند سلول‌های برنامه‌ریزی مجدد شده به جوانه‌های اندام جنین جوجه

محققان نه تنها تایید کردند که سلول‌های پیش ساز اندام بازبرنامه ریزی شده بیان ژنی مشابه سلول‌های پیش ساز اندام طبیعی دارند، بلکه توانایی مشابهی نیز دارند. آتسوتا می‌گوید: ما پتانسیل این سلول‌ها را برای تکوین به بافت‌های تخصصی اندام، هم در ظروف آزمایشگاهی (در شرایط آزمایشگاهی) و هم در موجودات زنده (در داخل بدن) تأیید کرده‌ایم. "آزمایش in vivo به ویژه چالش برانگیز بود، زیرا ما مجبور بودیم سلول‌های موش را که برنامه ریزی مجدد شده بودند به جوانه‌های اندام جنین جوجه پیوند بزنیم." در این آزمایش‌ها، محققان از لنتی ویروس‌ها استفاده کردند که ژن‌ها را مستقیماً در ژنوم سلول‌های آلوده وارد می‌کنند و خطر سرطان شدن سلول‌ها را افزایش می‌دهند. در عوض، این تیم ناقل‌های امن‌تر دیگری مانند ویروس‌ها یا پلاسمیدهای مرتبط با آدنو را در نظر گرفته است که بدون وارد کردن ژن در ژنوم، ژن‌ها را به سلول‌ها می‌رسانند.

گام بعدی مطالعه

گروه آزمایشگاهی آتسوتا اکنون در تلاش است تا این روش را برای سلول‌های انسانی، برای کاربردهای درمانی آینده اعمال کنند. جالب توجه است که سلول‌های پیش ساز اندام که دوباره برنامه ریزی شده اند، ارگانوئیدهای جوانه مانند اندام تولید می‌کنند، بنابراین به نظر می‌رسد امکان تولید بافت اندام در گونه‌هایی که دیگر آنها را ندارند، وجود داشته باشد. مطالعه مارهای بدون اندام می‌تواند مسیرها و دانش جدیدی را در زیست شناسی تکاملی کشف کند."

پایان مطلب/.