به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، با توجه به اینکه دانش مسیرهای سیگنال دهی سلولی که تمایز تاج عصبی انسان را به غضروف‌های جمجمه-صورتی هدایت می‎کند، ناقص است، استفاده از سلول‌های بنیادی برای بازسازی ساختارهای جمجمه فک و صورت ضروری است. مارک گریمز، استاد زیست‌شناسی در بخش علوم زیستی دانشگاه UM، گفت که آنها سلول‌های بنیادی را وادار کرده‌اند تا به نوع سلولی تبدیل شوند که به طور معمول غضروف جمجمه صورت انسان را می‌سازد. سلول‌های بنیادی می‌توانند خود را تکثیر کنند و همچنین به انواع مختلفی از سلول‌ها تبدیل شوند. گریمز می‌گوید: «سلول‌هایی که به طور معمول باعث ایجاد این نوع غضروف می‌شوند، سلول‌های تاج عصبی نامیده می‌شوند. ما یک روش جدید برای تولید ارگانوئیدهای جمجمه-صورتی از سلول‌های تاج عصبی پیدا کردیم.

بازسازی جمجمه صورت

بازسازی جمجمه صورت برای درمان چندین بیماری از جمله نقایص مادرزادی جمجمه صورت، آسیب‌های ناشی از درمان سرطان سر و گردن و آسیب‌های تروماتیک صورت ضروری است. این موارد نه تنها بر عملکرد تأثیر می‌گذارند، بلکه ممکن است باعث ایجاد مشکلات روانی و اجتماعی شوند یا به آنها کمک کنند. با این حال، بازسازی ویژگی‌های طبیعی با تکنیک‌های جراحی پلاستیک دشوار است، و بافت پیوند شده اغلب توسط گیرنده بدون سرکوب کننده‌های ایمنی پس زده می‌شود. استفاده از سلول‌های بنیادی برای رشد غضروف جمجمه صورت انقلابی در بازسازی و ترمیم موثر نقایص مادرزادی و آسیب‌های سر و صورت ایجاد می‌کند. ولی برای مهار این تمایز برای ترجمه بالینی، ما نیاز به درک عمیق مکانیسم‌های سیگنال دهی سلولی خاص انسان در تمایز این بافت داریم.

غضروف جمجمه ای

غضروف جمجمه ای از غضروف هیالین برای بینی و استخوان‌های در حال رشد سر، غضروف الاستیک برای حنجره، اپی گلوت، شیپور استاش، گوش خارجی و فیبرو غضروف برای مفاصل گیجگاهی فکی تشکیل شده است. بر خلاف غضروف مفصلی، غضروف جمجمه‌ای صورت در طول رشد از غضروف‌هایی که از تاج عصبی مشتق می‌شوند منشأ می‌گیرد. سلول‌های تاج عصبی (NCCs) یک دودمان سلولی تکوینی هستند که به مهره‌داران محدود می‌شود و گاهی به عنوان لایه چهارم زاینده در نظر گرفته می‌شوند. در طول نورولاسیون، NCCها در مرز صفحه عصبی بین اکتودرم و نوروپیتلیوم در حال تکوین مشخص می‌شوند. در تاج لوله عصبی، NCCها تحت یک انتقال اپیتلیال به مزانشیمی قرار می‌گیرند، لایه لایه می‌شوند و در سراسر جنین در حال تکوین مهاجرت می‌کنند. در طی این فرآیند، NCC ها شروع به تمایز به تعدادی از انواع سلول‌های متمایز می‌کنند، از جمله سلول‌های سیستم عصبی محیطی ، ملانوسیت‌ها، عضلات صاف و غضروف و استخوان جمجمه صورت است که بسته به موقعیت و الگوهای مهاجرتی آنها در امتداد محور سری دمی جنین در حال تکوین شکل میگیرند. NCCها را می‌توان به چهار جمعیت اصلی سلول‌های تاج عصبی جمجمه (CNCCs)، سلول‌های تاج عصبی قلبی (CaNCCs)، سلول‌های تاج عصبی واگ (VNCCs)، سلول‌های تاج عصبی تنه (TNCCs) طبقه بندی کرد. CNCC ها در نهایت به غضروف و استخوان جمجمه و صورت و همچنین گلیا، سلول‌های شوان و گلیای حسی جمجمه تمایز می‌یابند. بنابراین، غضروف جمجمه صورت منشأ تکوینی متفاوتی از غضروف هیالین مفصلی و غضروف فیبرو دارد که دیسک‌های بین مهره ای و تاندون را تشکیل می‌دهند. در بافت‌های بدن، اسکلت ابتدا از غضروف توسط سلول‌های غضروفی مشتق شده از مزودرم ساخته می‌شود که به استخوان تبدیل می‌شود.

ارگانوئید

ارگانوئیدها نسخه ساده شده و مینیاتوری اندام هستند که معماری و بیان ژن اندام را تقلید می‌کنند. ارگانوئیدها الگوی خوبی برای بافت‌های خاص انسانی هستند که می‌توانیم آن‌ها را به روش‌هایی مطالعه کنیم که با استفاده از بافت انسان امکان‌پذیر نیست.

اهمیت بازسازی غضروف انسان

گرایمز گفت که برای 230000 کودکی که سالانه در ایالات متحده با نقایص جمجمه-صورتی متولد می‌شوند، نیاز حیاتی برآورده نشده به روش‌های جدید برای بازسازی غضروف انسان وجود دارد. رشد غضروف در آزمایشگاه همچنین می‌تواند منجر به درمان‌های موثری برای ترمیم آسیب غضروف جمجمه‌ی صورت ناشی از جراحات شود. محققان داده‌های بیان ژن را در سطح RNA و پروتئین مورد مطالعه قرار دادند تا نشان دهند چگونه سلول‌های غضروفی از سلول‌های بنیادی به وجود می‌آیند. آنها فاش کردند که سلول‌های بنیادی در مراحل اولیه با هم ارتباط برقرار می‌کنند تا به غضروف الاستیک تبدیل شوند که گوش انسان را می‌سازد.

شیوه مطالعاتی

برای انجام این کار، این تیم از تجزیه و تحلیل گسترده نشانگرهای بیولوژیکی و تکنیک‌های تشخیص الگوی یادگیری ماشینی برای درک مسیرهای سیگنال‌دهی سلولی درگیر هنگام تمایز سلول‌ها به غضروف استفاده کردند. بازسازی ویژگی‌های طبیعی مانند گوش، بینی یا حنجره فرد با تکنیک‌های جراحی پلاستیک فعلی دشوار است و بافت پیوندی اغلب بدون داروهای سرکوب کننده ایمنی پس زده می‌شود. گریمز گفت: برای استفاده از سلول‌های بنیادی مشتق شده از بیمار جهت تولید غضروف جمجمه صورت در آزمایشگاه، ابتدا باید مکانیسم‌های تمایز خاص انسان را درک کنید. هدف ما ایجاد پروتکلی برای تولید غضروف جمجمه صورت برای پیوند با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی است. این تحقیق در مجله iScience منتشر شد. علاوه بر گریمز، نویسندگان UM شامل لورن فولتز، ناگاشری آوابراث و ژان مارک لانچی هستند. نویسندگان دیگر برادلی پترسون از مشاوران آسیب شناسی میسولا از وسترن مونتانا و تایلر لوی، آنتونی پوسماتو و مجد آریس از فناوری سیگنالینگ سلولی دانورز، ماساچوست هستند.

نتایج کسب شده در این مطالعه

برای تسریع پیشرفت ترجمه، یک پروتکل تمایز ایجاد کردیم که ارگانوئیدهای غضروف جمجمه-صورتی خودسازماندهی را از سلول‌های بنیادی تاج عصبی مشتق از سلول‌های بنیادی جنینی انسان تولید می‌کرد. در ساختار ایجاد شده، رنگ‌آمیزی بافت‌شناسی ارگانوئیدهای غضروفی ساختار بافتی و رنگ‌آمیزی معمولی غضروف الاستیک را نشان داد. طیف سنجی جرمی پروتئین و اصلاح پس از ترجمه (PTM) و داده‌های snRNA-seq نشان داد که ارگانوئیدهای غضروفی سطوح قوی اجزای ماتریکس خارج سلولی غضروف (ECM) مانند کلاژن‌ها، آگرکان، پرلکان، پروتئوگلیکان‌ها و الیاف الاستیک را بیان می‌کنند.در این مطالعه دو جمعیت از سلول‌های غضروفی، سلول‌های مزانشیمی و سلول‌های غضروفی نوپای و فاکتورهای رشدی را که در سیگنال‌دهی پاراکرین بین آنها نقش دارند، نیز شناسایی شد.در انتها ما نشان می‌دهیم که اجزای ECM ترشح شده توسط سلول‌های غضروفی نه تنها یک ماتریکس ساختاری انعطاف‌پذیر ایجاد می‌کنند که غضروف را تعریف می‌کند، بلکه نقش مهمی در سیگنال‌دهی سلول‌های اتوکرین در تعیین سرنوشت سلول‌های غضروفی دارد.

پایان مطلب/.