به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در پژوهشی برجسته که نتایج آن در مجله Nature منتشر شد، گروهی از محققان بین‌المللی به بررسی چندجانبه و عمیق فرآیند شکل‌گیری اسکلت در جنین انسان پرداختند. این مطالعه تحت عنوان «اطلس چندگانه توسعه اسکلتی جنین انسان» با استفاده از فناوری‌های نوین، تصویری جامع از تغییرات مولکولی، سلولی و اپی‌ژنتیکی در مراحل اولیه رشد اسکلتی ارائه کرده است. این یافته‌ها نه‌ تنها بر درک اساسی از زیست‌شناسی رشد انسانی می‌افزاید، بلکه زمینه را برای نوآوری در درمان ناهنجاری‌های اسکلتی فراهم می‌کند.

فرآیند پیچیده توسعه اسکلتی

سیستم اسکلتی برای مهره داران استخوانی ضروری است، هم به عنوان یک قاب تحمل کننده وزن و هم به عنوان اندامی که به عملکردهای غدد درون ریز و خون سازی کمک می‌کند. بنابراین، سلامت اسکلتی به طور مستقیم بر فعالیت و کیفیت زندگی روزمره در تمام سنین تأثیر می‌گذارد. همگام با افزایش طول عمر نوع بشر، اهمیت سلامت اسکلتی برای حرکت رو به افزایش است. اگرچه بافت‌های اسکلتی پتانسیل بازسازی خود را تا حدی دارند، اما هنوز نیازهای برآورده‌نشده‌ای وجود دارد که با درمان‌های مرسوم قابل حل نیستند. اینها شامل عدم اتحاد شکستگی‌های استخوان در افراد مسن و اختلالات اسکلتی مادرزادی است. برای بهبود درمان این شرایط به توضیح بیشتر مکانیسم‌های زیربنایی بافت‌های اسکلتی نیاز است. توسعه اسکلتی انسان از مراحل اولیه جنینی آغاز می‌شود. در واقع رشد استخوان انسان بین 6 تا 8 هفته پس از لقاح (هفته های پس از لقاح، PCW) در طول انتقال از مراحل جنینی آغاز می شود. در این فرآیند، سلول‌های بنیادی مزانشیمی تمایز یافته و به انواع مختلف سلول‌های بافت استخوان و غضروف تبدیل می‌شوند. دو مسیر اصلی این تمایز شامل تبدیل به سلول‌های استخوان‌ساز (استئوبلاست‌ها) و سلول‌های غضروف‌ساز (کندروبلاست‌ها) است. این فرآیند توسط مجموعه‌ای از عوامل سیگنال‌دهی، فاکتورهای رونویسی و تنظیمات اپی‌ژنتیکی هدایت می‌شود که هرگونه اختلال در آن‌ها ممکن است به ناهنجاری‌های ساختاری و عملکردی در سیستم اسکلتی منجر شود.

سلول‌های بنیادی پرتوان

از زمان ظهور سلول‌های بنیادی پرتوان القایی توسط انسان (hiPSCs)، روش‌های استفاده از hiPSC‌ها به‌ویژه در تولید انواع سلول‌های خاص هم برای اهداف علمی و هم برای اهداف درمانی، به دلیل تکثیر بی‌نهایت و ظرفیت پرتوانی hiPSCs به طور فزاینده‌ای پیشرفت کرده‌اند. سلول‌های بنیادی (hPSCs)، از جمله hiPSCs و سلول‌های بنیادی جنینی انسان (hESCs)، در اهداف مختلف درمانی و تحقیقاتی حائز اهمیت است. از آنجا که درک جامع فیزیولوژی و آسیب شناسی اندام ها که توسط انواع سلولی ساخته شده‌اند مهم است، تقاضای زیادی برای ایجاد مدلی از اندام‌های هدف انسان وجود دارد. نتایج تحقیقات باید بینشی در مورد پویایی تعیین سرنوشت سلولی و تمایز در رشد اسکلتی انسان ارائه دهد.

تکنیک‌های پیشرفته برای بررسی چندگانه

این پژوهش از سه تکنیک کلیدی برای تحلیل فرآیند توسعه اسکلتی جنین بهره گرفته است:

1.توالی‌یابی RNA تک‌سلولی: (scRNA-seq)  این تکنیک امکان شناسایی دقیق بیان ژن در سلول‌های منفرد را فراهم می‌کند. در این مطالعه، محققان توانستند انواع سلول‌های حاضر در مراحل مختلف توسعه اسکلتی را شناسایی و مسیرهای تمایزی آن‌ها را ردیابی کنند.

2.پروتئومیکس: این روش به مطالعه پروتئین‌های بیان‌شده در سلول‌ها می‌پردازد و اطلاعات کلیدی درباره عملکرد سلولی، مسیرهای سیگنال‌دهی و تعاملات پروتئینی فراهم می‌آورد. در این پژوهش، نقش پروتئین‌ها در شکل‌گیری استخوان‌ها و غضروف‌ها آشکار شد.

3.تحلیل متیلاسیون :DNA متیلاسیون DNA یکی از مهم‌ترین تنظیمات اپی‌ژنتیکی است که بر نحوه بیان ژن‌ها تأثیر می‌گذارد. بررسی الگوهای متیلاسیون در این مطالعه نشان داد که تغییرات اپی‌ژنتیکی چگونه در مراحل مختلف رشد اسکلتی نقش دارند.

یافته‌های کلیدی پژوهش

نقش مسیرهای سیگنال‌دهی: یکی از یافته‌های مهم این پژوهش، شناسایی مسیرهای سیگنال‌دهی کلیدی در توسعه اسکلتی بود. به‌طور خاص شامل موارد زیر می‌باشد:

مسیر :Wnt نقش اصلی در تحریک تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی به استئوبلاست‌ها دارد.  Wnt‌ها پروتئین‌های ترشح‌شده و اصلاح‌شده با چربی هستند که به گیرنده‌های مختلف روی سطح سلول متصل می‌شوند تا مسیرهای سیگنال‌دهی Wnt معمولی یا غیر متعارف را فعال کنند، که فرآیندهای بیولوژیکی مختلف را در طول رشد جنینی و زندگی بزرگسالی کنترل می‌کنند. مسیر سیگنال دهی نابجای Wnt زیربنای طیف گسترده ای از پاتوژنزهای بیماری های انسانی است.

مسیر :TGF-β تنظیم تمایز سلول‌ها به کندروبلاست‌ها را بر عهده دارد.

مسیر :Hedgehog هماهنگ‌کننده رشد بافت‌های مختلف در اسکلت در حال شکل‌گیری است.

نقش فاکتورهای رونویسی: فاکتورهای رونویسی همچون RUNX2 و SOX9 به‌عنوان بازیگران اصلی در مراحل تمایزی مختلف شناسایی شدند. RUNX2 برای تشکیل استخوان و SOX9 برای شکل‌گیری غضروف حیاتی است.

تعاملات اپی‌ژنتیکی و محیطی: این پژوهش نشان داد که متیلاسیون DNA و تنظیمات اپی‌ژنتیکی دیگر نقش مهمی در زمان‌بندی و ترتیب تمایز سلول‌ها ایفا می‌کنند. تغییرات در این الگوها ممکن است با ناهنجاری‌هایی همچون کوتاه‌قدی مادرزادی یا مشکلات غضروفی مرتبط باشد.

کاربردهای بالینی و درمانی

اطلاعات به‌دست‌آمده از این پژوهش می‌تواند تأثیرات قابل‌توجهی در حوزه بالینی داشته باشد:

1.تشخیص زودهنگام ناهنجاری‌ها: با استفاده از بیومارکرهای شناسایی‌شده در این مطالعه، امکان تشخیص زودهنگام ناهنجاری‌های اسکلتی در مراحل اولیه بارداری فراهم می‌شود.

2.هدف‌گذاری درمانی جدید: شناسایی مسیرهای مولکولی کلیدی همچون Wnt و TGF-β می‌تواند به توسعه داروهای جدید برای درمان بیماری‌های اسکلتی کمک کند.

3.کاربرد در پزشکی بازساختی: این اطلس می‌تواند به دانشمندان در بازسازی بافت‌های استخوانی و غضروفی با استفاده از مهندسی بافت و سلول‌های بنیادی کمک کند.

چالش‌ها و گام‌های بعدی

هرچند این مطالعه گامی بلند در درک توسعه اسکلتی است، اما محدودیت‌هایی نیز دارد:

محدودیت در نمونه‌ها: نمونه‌های مورد استفاده محدود به مراحل خاصی از رشد جنینی بودند.

تأثیر عوامل محیطی: نیاز به بررسی تأثیر عوامل محیطی بر توسعه اسکلتی وجود دارد.

محققان قصد دارند در گام‌های بعدی از داده‌های حاصل برای تحلیل ناهنجاری‌های خاص اسکلتی، همچون اسکولیوز یا دیسپلازی استخوان، استفاده کنند.

جمع‌بندی

اطلس چندگانه توسعه اسکلتی جنین انسان که در این پژوهش برجسته ارائه شده، دریچه‌ای نو به سمت درک بهتر از فرآیندهای پیچیده مولکولی و سلولی در شکل‌گیری اسکلت باز کرده است. این یافته‌ها نه‌تنها به دانش بنیادی زیست‌شناسی رشد انسانی می‌افزایند، بلکه راهکارهای جدیدی برای پیشگیری و درمان ناهنجاری‌های مادرزادی اسکلتی ارائه می‌دهند. شناسایی مسیرهای مولکولی کلیدی مانند Wnt و TGF-β و نقش تغییرات اپی‌ژنتیکی در تمایز سلول‌ها، ابزارهای مفیدی برای تشخیص زودهنگام و طراحی درمان‌های هدفمند فراهم می‌کند. از طرفی، اطلاعات جمع‌آوری‌شده از این پژوهش می‌تواند به ارتقای فناوری‌های پزشکی بازساختی، مانند مهندسی بافت و استفاده از سلول‌های بنیادی، کمک شایانی کند. با وجود پیشرفت‌های مهم این پژوهش، همچنان تحقیقات بیشتری برای گسترش دامنه این یافته‌ها، شناسایی تأثیرات عوامل محیطی، و کاربرد آن‌ها در درمان بیماری‌های پیچیده‌تر اسکلتی موردنیاز است. آینده این حوزه تحقیقاتی، نویدبخش درک عمیق‌تر از زیست‌شناسی انسانی و نوآوری‌های درمانی است که می‌توانند زندگی بیماران را به‌طور چشمگیری بهبود بخشند.

پایان مطلب./