به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) با قدرت خود نوسازی و قابلیت چند‌توانی، امکان درمان ترمیمی را برای انواع شرایط پزشکی، از جمله آسیب نخاعی و آسیب پس از حمله قلبی، ارائه می‌دهند. یک فرضیه اصلی این است که مزایای درمانی سلول‌های بنیادی مزانشیمی با ترشح وزیکول‌های خارج سلولی (EVs) حاصل می‌شود: وزیکول‌های خارج سلول، ساختارهای مشتق از غشاء هستند که حاوی انواع مولکول‌های مهم زیست فعال هستند. با این حال، هنوز دانشمندان قادر به انتخاب سلول‌ها بر اساس سطح ترشح EV نیستند.

اهمیت ترشحات خارج سلولی

ارگانیسم‌ها به طور اساسی به پروتئین‌ها یا سایر عواملی که سلول‌ها در محیط خود ترشح می‌کنند بستگی دارند که می‌توانند به صورت موضعی به صورت پاراکرین یا سیستمیک عمل کنند. به عنوان مثال، یکی از نقش‌های اصلی سلول‌های B پاسخ به آنتی ژن‌ها با تولید و ترشح مقادیر زیادی ایمونوگلوبولین‌هایی است که اپی‌توپ‌های آنتی ژن را هدف قرار می‌دهند. در این فرآیند، سلول‌های B تمایز پیدا می‌کنند و تغییرات فنوتیپی، مورفولوژیکی و ژنتیکی قابل توجهی را تجربه می‌کنند. پیوند این تغییرات عملکردی در ظرفیت ترشح ایمونوگلوبولین‌ها به پروفایل‌های ژنتیکی/فنوتیپی در سطح تک سلولی می‌تواند ناهمگونی جمعیت و حالات سلولی جدید بالقوه را آشکار کند. سلول‌ها مولکول‌های کوچک فعال زیستی، مانند پروتئین‌ها و حتی ساختارهای خودآرایی در مقیاس بزرگ‌تر را تولید و ترشح می‌کنند که شامل مولکول‌های زیستی متعدد، مانند وزیکول‌های خارج سلولی (EVs) می‌شود. واسطه‌های الکتریکی نقش مهمی در ارتباطات بین سلولی دارند و به طور فزاینده‌ای شناخته شده‌اند و به‌عنوان واسطه‌های درمانی برای هدایت سیگنال‌های درون سلولی در سلول‌های هدف برای برانگیختن خواص بازسازی‌کننده و ضد التهابی برای درمان بیماری‌هایی مانند استئوآرتریت، فیبروز ریوی یا آسیب میوکارد به کار می‌روند. در واقع، فرض شده است که EVs فاکتورهای کلیدی محرک مزایای درمانی قدرتمند سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) هستند که به طور مستقیم در داخل بدن معرفی شوند. با این حال، هیچ روشی برای انتخاب سلول‌ها بر اساس تولید و ترشح EV وجود ندارد، و ناهمگنی در تمایل محصولات سلول درمانی به ترشح ترکیبات فعال زیستی مانند EVs به عنوان منبع بالقوه ای برای نتایج درمانی ناسازگار برجسته شده است.

بهبود عملکرد سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs)

«از کجا باید دانست که [MSCs] چند وزیکول خارج سلولی ترشح می‌کنند؟ همینطور از کجا بدانیم که این دسته از سلول‌ها بهتر از این دسته هستند؟ دینو دی کارلو، مهندس زیستی در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، گفت. در مطالعه جدیدی که در Nature Communications منتشر شد، دی کارلو و همکارانش تخصص خود را در میکروسیال و فناوری نانو برای پاسخ به این سؤالات به کار بردند. آنها روشی را برای شناسایی زیرجمعیت‌های MSCs که سطوح بالایی از EVs ترشح می‌کنند، توسعه دادند، رویکردی که می‌تواند امکان انتخاب سلول‌های فعال‌تر درمانی برای کاربردهای بالینی پیش از این، دی کارلو و تیمش میکروکانتینرهای مبتنی بر هیدروژل، که آنها را نانوویال می نامیدند، ساختند که به عنوان لوله آزمایش برای سلول‌های منفرد عمل می‌کند. محققین می‌توانند سلول‌های منفرد را ضبط کرده و ترشحات آن‌ها را کمی کنند. در یک مطالعه قبلی، تیم از این فناوری برای اندازه‌گیری ترشح پروتئین از سلول‌های B منفرد استفاده کرد که سپس آن‌ها را به نشانگرهای سطح سلولی و داده‌های بیان ژن از همان سلول مرتبط کردند. هنگامی که دی کارلو برای اندازه گیری ترشح EV از سلول‌های بنیادی مزانشیمی منفرد تصمیم گرفت، متوجه شد که آنقدرها هم ساده نیست. دی کارلو اظهار داشت: اولین چالش این بود که اندازه گیری وزیکول‌های خارج سلولی ترشح شده کمی متفاوت از اندازه گیری پروتئین‌های ترشح شده است. وزیکول‌های خارج سلولی بسیار بزرگ‌تر هستند و برخی پروتئین‌های رایج و نشانگرهای سطح سلولی را نیز بیان می‌کنند.»

شناسایی وزیکول‌های خارج سلولی توسط سلول‌های بنیادی مزانشیمی

تیم دی کارلو نیاز به شناسایی نشانگرهایی داشت که می‌توانستند برای رنگ آمیزی EV های ترشح شده استفاده کنند، اما نه سلول‌هایی که آنها را آزاد می‌کردند. آنها می‌دانستند که پروتئین‌های داربست متصل به غشاء به نام تتراسپانین‌ها نشانگرهای خوبی برای EVs هستند، اما برخی از آنها می‌توانند توسط سلول‌های بنیادی مزانشیمی نیز بیان شوند. پس از ارزیابی چندین ترکیب، آنها بر روی اهداف دوگانه CD63 و CD9 مستقر شدند:. این تتراسپانین ها به صورت ترکیبی در سطح EV ها بیان می شوند، اما سلول هایی که EV ها را ترشح می کنند، تنها یکی یا دیگری را بیان می کنند. آنها با پوشاندن لوله‌های آزمایش میکروسکوپی خود با آنتی‌بادی‌های ضد CD63، طعمه‌ای را برای هر سلولی که نشانگر را بیان می‌کرد، گذاشتند. با این حال، افزودن آنتی‌بادی‌های ضد CD9 تضمین کرد که آنها فقط خودروهای الکتریکی را ضبط می‌کنند. آنها با استفاده از این رویکرد بر روی سلول‌های بنیادی مزانشیمی جاودانه منفرد (iMSCs)، دریافتند که برخی سلول‌ها به طور قابل توجهی EVهای بیشتری نسبت به سایرین آزاد می‌کنند. جوی ولفرام، دانشمند نانویی در دانشگاه کوئینزلند که در کاربرد درمانی وزیکول‌های خارج سلولی تخصص دارد و در این کار دخالتی نداشت، گفت: «این بسیار هیجان انگیز است. این مطالعه نشان می‌دهد که حتی اگر این رده سلولی یکسان باشد، باز هم این ناهمگونی وجود دارد.»

شناسایی کاندیدهای درمانی قوی

ولفرام توضیح داد که سلول‌های بنیادی مزانشیمی اولیه انسان به دلیل تفاوت‌های ژنتیکی و سبک زندگی، تفاوت‌های بیشتری را در ترشح EVها نشان می‌دهند.  در واقع هدف ما «توانایی انجام یک روش با توان عملیاتی بالا برای گرفتن سلول‌های اهداکننده ایده‌آل است که می‌تواند بسته به کاربرد متفاوت باشد، بنابراین این چیزی است که ما به آن علاقه زیادی داریم.  این تیم همچنین چندین ویژگی کلیدی را در سلول‌های با ترشح بالا شناسایی کردند: آنها افزایش تکثیر را نشان دادند، فنوتیپ با ترشح بالا را در چندین نسل حفظ کردند و در نهایت توانستند سلول چند توان خود را حفظ کنند. این به محققان اجازه داد تا کاندیدهای درمانی قوی را شناسایی کرده و سپس این سلول‌ها را غنی کنند.

برررسی‌های حیوانی

از آنجایی که هدف آنها بهبود نتایج بالینی برای درمان های ترمیمی MSC است، دی کارلو و تیمش می‌خواستند روش خود را در یک مدل in vivo آزمایش کنند. برای انجام این کار، آن‌ها جمعیت‌های سلول‌های بنیادی مزانشیمی اولیه موش با ترشح بالا و پایین را انتخاب کردند و کارآیی‌های درمانی آن‌ها را در مدل موش سکته قلبی (سکته قلبی) مقایسه کردند. بیست و هشت روز پس از درمان، موش‌هایی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی با ترشح بالا تزریق شده بودند، نسبت به موش‌هایی که سلول‌های با ترشح پایین تزریق می‌شدند، نرخ بیشتری از بازسازی عروقی و بهبود عملکرد قلب را نشان دادند.

گام بعدی مطالعه

در حال حاضر دی کارلو و تیمش در حال پیگیری مطالعات پیش بالینی آسیب میوکارد در خوک‌ها به عنوان مدل حیوانی بزرگ ترجیح داده شده برای تحقیقات قلبی عروقی هستند،. آنها همچنین در حال بررسی سایر کاربردهای درمانی بالقوه برای ترشحات بالا  Wolfram گفت: «این تازه شروعی است از نظر اینکه چه نوع برنامه‌های کاربردی آینده می‌تواند از این فناوری حاصل شود. اگر متوجه شدیم که نوع خاصی از EV درمانی بیشتر است، می‌توانید از همان فناوری برای انتخاب سلول‌هایی که آن نوع را آزاد می‌کنند استفاده کنید.»

پایان مطلب/.