به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، داخلی‌ترین لایه رگ‌های خونی توسط سلول‌های اندوتلیال تشکیل می‌شود که به نوبه خود در ایجاد بیماری‌های سیستم قلبی عروقی نقش دارند. بنابراین سلول‌های اندوتلیال انسان برای بررسی "in vitro" علل این بیماری‌ها مورد نیاز است. محققان بیمارستان دانشگاهی بن (UKB)  اکنون راهی بسیار کارآمد، مقرون به صرفه و قابل تکرار برای تولید سلول‌های اندوتلیال عملکردی از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (hiPSCs) برای آزمایش در ظروف کشت سلولی ایجاد کرده اند. نتایج این مطالعه اکنون در مجله Cardiovascular Research منتشر شده است.

اهمیت سلول‌های اندوتلیال

سلول‌های اندوتلیال داخل رگ‌های خونی را می‌پوشانند. آنها تعدادی از وظایف مانند تنظیم فشار خون و لخته شدن خون را در بدن انسان انجام می‌دهند. آنها همچنین در ایجاد بیماری‌های سیستم قلبی عروقی نقش دارند. سلول‌های اندوتلیال انسان برای مطالعه اساس این بیماری‌ها در شرایط آزمایشگاهی، یعنی خارج از بدن انسان، مورد نیاز است. در این راستا سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs) یک رویکرد امیدوارکننده برای این است. از آنجایی که آنها هنوز به یک نوع بافت خاص متعهد نیستند، این پتانسیل را دارند که به انواع مختلف سلول - از جمله سلول‌های اندوتلیال متمایز شوند." اختلال عملکرد سلول‌های اندوتلیال (EC) نقش کلیدی در شروع و پیشرفت بیماری قلبی عروقی دارد. با این حال، مطالعه این اختلالات در ECs از بیماران چالش برانگیز است. از این رو، استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs) و تمایز آزمایشگاهی آنها به ECs یک رویکرد بسیار امیدوارکننده را نشان می‌دهد. با این حال، تولید EC های مشتق شده از hiPSC (hECs) به عنوان ترکیبی از فاکتورهای رشد مورد نیاز است و یک مرحله تصفیه میانی برای غنی سازی hEC مورد نیاز است. بنابراین، ما کاربرد یک رویکرد برنامه‌نویسی رو به جلو را با استفاده از رده‌های سلولی hiPSC تراریخته بررسی کردیم.

تولید سلول‌های اندوتلیال از تمایز ESC و iPSC

به طور کلی، سلول‌های اندوتلیال از تمایز ESC و iPSC از طریق 3 روش اولیه مشتق می‌شود. اول، ESC و iPSC را می‌توان در شرایطی که باعث افزایش خود تجمع سلول‌ها به اجسام جنینی سه بعدی (EB) در یک کشت سوسپانسیون می‌شود، متمایز کرد. دودمان‌های متعددی از سلول‌ها در EB ظاهر می‌شوند که به‌طور خودبه‌خودی تحت تمایز به 3 لایه زایا اکتودرم، اندودرم و مزودرم قرار می‌گیرند. از زیر مجموعه مزودرم است که هم خونساز و هم EC پدیدار می‌شوند. EC به ساختارهای عروقی در EB خود سازماندهی می‌شود. افزودن انواع فاکتورهای رشد باعث افزایش تمایز EC در EB می‌شود. در روش دوم، تمایز ESC و iPSC با نوعی از سلول‌های استرومایی برای ارتقای تمایز دودمان EC از مزودرم کشت می‌شوند. سلول‌های مزانشیمی جمجمه موش به نام سلول‌های OP9 به طور گسترده ای برای ترویج تمایز و تسهیل ظهور دودمان‌های قلبی، خون ساز، اندوتلیال و دیگر استفاده می‌شود. در نهایت، برخی از محققان تمایز ESC و iPSC را در کشت دو بعدی روی صفحات کشت بافت پوشیده شده با سوبستراهای پروتئینی (ماتریژل، فیبرونکتین، ژلاتین یا سایر پروتئین‌ها) با استفاده از محیط‌های کشت خاص با فاکتورهای رشد نوترکیب متوالی ترجیح می‌دهند.

استراتژی‌های تمایز مختلفی برای تولید سلول‌های اندوتلیال

استراتژی‌های تمایز مختلفی برای hiPSCها به سلول‌های اندوتلیال قبلاً در گذشته توسعه یافته‌اند. یکی از کارآمدترین رویکردها تا به امروز مبتنی بر استفاده از فاکتورهای رشد مختلف در ترکیب با یک مرحله خالص سازی برای غنی سازی سلول‌های اندوتلیال با موفقیت تولید شده است. در رویکردی دیگر، به اصطلاح فاکتورهای رونویسی به طور خاص برای کنترل تبدیل hiPSCs به سلول‌های اندوتلیال فعال می‌شوند. اخیراً، یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری جورج چرچ از دانشکده پزشکی هاروارد در بوستون (ایالات متحده آمریکا) و فولکر باسکامپ از UKB فاکتور رونویسی "ضریب رونویسی نوع 2 ETS" که به اختصار ETV2 نامیده می‌شود را به عنوان یک محرک مهم در این فرآیند شناسایی کردند. علاوه بر این، تیم یک رده سلولی hiPSC ایجاد کرده است که در آن فاکتور رونویسی ETV2 می‌تواند به طور خاص با افزودن آنتی بیوتیک داکسی سایکلین فعال شود. این نوع سلول بنیادی خاص "PGP1 ETV2 iso2" نامیده می‌شود.

مسیر سریع، مقرون به صرفه و قابل تکرار در تولید سلول‌های اندوتلیال انسان

گروه تحقیقاتی دکتر سارا ریک از موسسه فیزیولوژی، همراه با کریتیکا شارما از تیم پروفسور ولکر باسکامپ در کلینیک چشم پزشکی UKB، پروتکل تمایز رده سلولی PGP1-ETV2-iso2 را بهبود داده و آن را با استراتژی با استفاده از عوامل رشد جدیدی ترکیب کردند. دکتر سارا ریک، نویسنده و نویسنده اول، که همچنین در دانشگاه بن تحقیق می‌کند، می‌گوید: «ما توانستیم نشان دهیم که پروتکل ETV2 که بهبود داده‌ایم کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر از پروتکل با عوامل رشد تنها است. این به این دلیل است که سلول‌های اندوتلیال را سریع‌تر تولید می‌کند، به افزودنی‌های کمتری برای محیط کشت نیاز دارد و نیازی به مرحله خالص‌سازی اضافی ندارد. علاوه بر این، این فرآیند بسیار قابل تکرار است و می‌تواند به راحتی به سایر رده‌های سلولی hiPSC منتقل شود. سلول‌های حاصل به انواع سلول‌های دیگر آلوده نیستند و همچنین در دوره‌های کشت طولانی تر، پایدار هستند. آنها پروتئین‌های مشخصه سلول‌های اندوتلیال را تولید می‌کنند و همچنین خواص عملکردی معمولی سلول‌های اندوتلیال را نشان می‌دهند. با اصلاح پروتکل تمایز، می‌توان ترجیحاً سلول‌های اندوتلیال با ویژگی‌های شریانی یا وریدی را بدست آورد. در مجموع اینکه اگرچه آنها شبیه به سلول‌های اندوتلیال تمایز یافته با پروتکل فاکتور رشد هستند، ولی شواهدی وجود دارد که سلول‌های اندوتلیال پروتکل ETV2 دارای درجه بلوغ کمی بالاتر هستند. پروفسور Busska Busskamp یکی از نویسندگان این مقاله و رئیس گروه تحقیقاتی "بیماری‌های عصبی شبکیه" در UKB در منطقه تحقیقات بین رشته ای (TRA) "Life & Health" در دانشگاه بن می‌گوید: "در مقایسه با سلول‌های اندوتلیال انسان تولید شده از ورید بند ناف، هر دو نوع سلول‌های اندوتلیال مشتق از hiPSC به طور کامل توسعه نیافته اند، که احتمالاً به دلیل فقدان تأثیرات خارجی مانند عدم وجود جریان خون است.

گام بعدی مطالعه

اکنون ما یک پروتکل تمایز بسیار کارآمد، مقرون به صرفه و قابل تکرار برای تولید hEC های کاربردی از طریق برنامه نویسی رو به جلو ایجاد کرده ایم. hEC های تراریخته می‌توانند اصلاح ژنتیکی شوند و ابزار قدرتمندی برای مدل سازی بیماری، مهندسی بافت و اهداف ترجمه هستند. برای آینده، محققان بن فرض می‌کنند که رده سلولی PGP1 ETV2 iso2 و سلول‌های اندوتلیال تولید شده از آن برای مدل‌سازی و مطالعه بیماری‌های عروق انسان که در آن اندوتلیوم در ظرف کشت سلولی درگیر است، استفاده می‌شود. این سوال علمی توسط دکتر Rieck و پروفسور Fleischmann در پروژه C01 در مرکز تحقیقات مشترک DFG Transregio (TRR) 259 "بیماری‌های آئورت" مورد تحقیق قرار گرفته است. سلول‌های اندوتلیال همچنین می‌توانند در تحقیقات ارگانوئیدی برای تولید ارگانوئیدهایی با سیستم عروقی استفاده شوند. دکتر Rieck می‌گوید: «علاوه بر این، ما همچنین علاقه‌مندیم که کدام روش‌های کشت «درجه بلوغ» سلول‌های اندوتلیال را پس از تمایز افزایش می‌دهد، به طوری که خصوصیات بیان ژنی آنها بیشتر با سلول‌های اندوتلیال بالغ مطابقت دارد.

پایان مطلب/.