یادداشت
بکارگیری سلول‌های بنیادی برای بازسازی و ترمیم اعضای بدن
دانشمندان با بکارگیری سازمان‌دهنده‌های مصنوعی، تکوین سلول‌های بنیادی را برای بازسازی و ترمیم اعضای بدن هدایت کردند.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، توسعه روند کشت سلول در محیط آزمایشگاه به درمان سلول‌های پیش‌ساز با مورفوژن‌های موجود در محیط کشت وابسته است و از این رو فاقد اطلاعات فضایی مشابه آنچه در شرایط طبیعی وجود دارد، می‌باشد. محققان از دانشگاه کالیفرنیا، سان‌فرانسیسکو (UCSF) روشی جدید برای ارسال دستورات به سلول‌های بنیادی برای رشد به ساختارهای خاص بدن شناسایی کرده‌اند که گامی حیاتی در نهایت برای بازسازی و ترمیم بافت‌ها و اعضای بدن است. این دانشمندان سلول‌هایی را طراحی کردند که ساختارهایی به نام "سازمان‌دهنده‌های مصنوعی" می‌سازند. این سازمان‌دهنده‌ها از طریق سیگنال‌های بیوشیمیایی به نام مورفوژن‌ها دستورات لازم برای رشد سلول‌های بنیادی به بافت‌ها و ارگان‌های پیچیده خاص را ارسال کردند. تحقیقات با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی موش‌ها انجام شد و نتایج آن در نشریه Cell منتشر گردید.
هدایت تمایز سلول‌های چندتوان در محیط کشت
در دهه گذشته، پیشرفت‌های چشمگیری در هدایت تمایز سلول‌های چندتوان در محیط کشت صورت گرفته است. با این حال، چنین توسعه‌ای در محیط کشت عمدتاً به مورفوژن‌های پخش‌شده در محیط کشت وابسته است و از این رو فاقد دستورالعمل‌های فضایی پیچیده‌ای است که در زمینه طبیعی وجود دارد. بنابراین، توسعه محیط کشت هنوز از نظر پیچیدگی، دقت و قابلیت تکرار، مشابه با جنینی‌سازی طبیعی نیست. یک ویژگی کلیدی که در اینجا غایب است، سیگنال‌های نامتقارن فضایی است که در محیط‌های توسعه‌ای رمزگذاری شده‌اند. محیط‌های درون‌بدنی اغلب شامل مراکز سیگنال‌دهی هستند، مانند سازمان‌دهنده اسپمن-مانگولد، که به گروه‌هایی از سلول‌ها اطلاق می‌شود که در مکانی خاص در جنین در حال توسعه قرار دارند و گرادیان‌های مورفوژن‌های دستوری تولید می‌کنند که توسعه سلول‌های مجاور را هدایت می‌کند.
معرفی سازمان‌دهنده‌های مصنوعی برای هدایت سلول‌های بنیادی
دکتر اوفیر کلاین، نویسنده مسئول این تحقیق، استاد اجرایی بهداشت کودکان و مدیر اجرایی مرکز کودکان گورین سیدارز-سینا، گفت: "ما می‌توانیم از این سازمان‌دهنده‌های مصنوعی برای هدایت سلول‌های بنیادی به سمت ساخت بخش‌های مختلف جنین اولیه یا ساخت قلب یا سایر اعضا استفاده کنیم." در یک مورد، دانشمندان توانستند سلول‌های بنیادی را به گونه‌ای هدایت کنند که ساختار بدن موش از سر تا دم شبیه به تکوینی جنینی عادی در رحم شکل گیرد. در مورد دیگر، محققان توانستند سلول‌های بنیادی را به ساخت یک ساختار شبیه قلب بزرگ با یک حفره مرکزی و ضربان منظم و همچنین شبکه‌ای از رگ‌های خونی اولیه تحریک کنند. دکتر وندل لیم، هم‌نویسنده مسئول و استاد داروشناسی و فیزیولوژی مولکولی در UCSF، گفت: "این نوع پلتفرم سلول‌های سازمان‌دهنده مصنوعی، روش جدیدی برای تعامل با سلول‌های بنیادی و برنامه‌ریزی آنچه که آن‌ها به آن تبدیل می‌شوند، ارائه می‌دهد."
سلول‌های تولیدکننده مورفوژن
در اینجا، ما یک سازمان‌دهنده مصنوعی را به عنوان گروهی از سلول‌های تولیدکننده مورفوژن تعریف می‌کنیم که به‌طور مهندسی‌شده به‌طور خودجوش اطراف سلول‌های پیش‌ساز (mESCs) به شکلی فضایی مشخص جمع می‌شوند — این سلول‌ها سیگنال‌های مورفوژن را از یک موقعیت فضایی مشخص ارسال می‌کنند. برای برنامه‌ریزی معماری‌های مختلف سازمان‌دهنده‌های مصنوعی، از فرضیه چسبندگی تفاضلی استفاده کردیم، که بیان می‌دارد سیستم‌های چندسلولی به‌طور خودجوش و بر اساس قدرت نسبی تعاملات چسبندگی سلولی به ساختاری با حداقل انرژی تشکیل می‌دهند.
نحوه عملکرد سلول‌های تولیدکننده مورفوژن
سلول‌های تولیدکننده مورفوژن به‌طور خاص این مولکول‌ها را سنتز کرده و آن‌ها را به محیط اطراف خود آزاد می‌کنند. این مولکول‌ها سپس در محیط اطراف سلول‌های تولیدکننده به صورت تدریجی پخش می‌شوند. این فرآیند باعث ایجاد یک گرادیان غلظت مورفوژن می‌شود که به سلول‌های مجاور اطلاعات خاصی می‌دهد. انتقال اطلاعات فضایی: مورفوژن‌ها از یک منبع مشخص منتشر می‌شوند و به تدریج در فواصل مختلف از آن منبع رقیق می‌شوند. سلول‌های مختلف که در نقاط مختلف این گرادیان قرار دارند، بسته به میزان مورفوژن دریافتی، دستورالعمل‌های متفاوتی برای تمایز دریافت می‌کنند. به عبارت دیگر، سلول‌هایی که در نزدیکی منبع مورفوژن قرار دارند، بیشتر تحت تأثیر این سیگنال‌ها قرار می‌گیرند و سلول‌هایی که دورتر هستند، سیگنال کمتری دریافت می‌کنند. تأثیر بر تمایز و رفتار سلولی: مورفوژن‌ها می‌توانند باعث تغییرات ژنتیکی در سلول‌ها شده و مسیرهای تمایز مختلف را فعال کنند. به‌طور خاص، بسته به غلظت مورفوژن که هر سلول دریافت می‌کند، آن سلول به نوع خاصی از سلول‌های بالغ تبدیل می‌شود (مثل سلول‌های عصبی، عضلانی، یا قلبی). این فرآیند در مراحل مختلف توسعه، از جمله جنینی‌سازی و ارگانوژنز (تشکیل ارگان‌ها)، نقش مهمی دارد. سیگنال‌دهی و تعاملات سلولی: سلول‌های تولیدکننده مورفوژن معمولاً در نواحی خاصی از بافت‌ها یا جنین قرار دارند. این نواحی سیگنال‌دهی معمولاً به عنوان "نقاط سیگنال‌دهی" شناخته می‌شوند. به عنوان مثال، در جنین، مراکزی مانند سازمان‌دهنده اسپمن-مانگولد در حال تولید مورفوژن‌هایی هستند که فرآیندهای مختلف تمایز سلولی و ساختارهای بدنی را هدایت می‌کنند. فرآیندهای پیچیده تمایز: بر اساس این سیگنال‌های مورفوژنی، سلول‌ها ممکن است مسیرهای تمایز مختلفی را پیش بگیرند. برای مثال، در یک محیط جنینی، گروهی از سلول‌ها ممکن است تحت تأثیر مورفوژن‌ها تمایز یابند و به سلول‌های عصبی تبدیل شوند، در حالی که گروهی دیگر به سلول‌های عضلانی یا قلبی تبدیل می‌شوند.
راهکارهای کنترل تکوین و تمایز سلول‌های بنیادی
"با کنترل و تغییر شیوه‌ای که سلول‌های بنیادی تمایز می‌یابند و تکوین می‌یابند، ممکن است به ما این امکان را بدهد که اعضای بدن را برای پیوند بهتر رشد دهیم یا ارگانوئیدهایی برای مدل‌سازی بیماری ایجاد کنیم و در نهایت از آن برای تحریک بازسازی بافت‌ها در بیماران زنده استفاده کنیم." برای هدایت سلول‌های سازمان‌دهنده و کنترل تکوین سلول‌های بنیادی، دانشمندان کدهای ژنتیکی را به سلول‌ها وارد کردند و دو ویژگی کلیدی را در سلول‌ها مهندسی کردند. اول، آن‌ها دستور دادند که سلول‌ها به شکل یک گره یا پوسته اطراف توده سلول‌های بنیادی بچسبند. دوم، محققان سلول‌های سازمان‌دهنده را طوری مهندسی کردند که سیگنال‌های بیوشیمیایی خاصی تولید کنند که برای تحریک تکوین جنینی اولیه ضروری هستند. برای کنترل مؤثر و دقیق سلول‌های سازمان‌دهنده، محققان یک کلید شیمیایی درون سلول‌ها تکوین دادند که به دانشمندان این امکان را می‌دهد که تحویل دستورات به سلول‌های بنیادی را روشن یا خاموش کنند. علاوه بر این، آن‌ها یک "کلید انهدام" را برای حذف سلول‌های سازمان‌دهنده زمانی که لازم باشد، نصب کردند.
اهمیت دستاوردهای این مطالعه
دکتر لیم گفت: "این سازمان‌دهنده‌های مصنوعی نشان می‌دهند که ما می‌توانیم دستورات تکوین‌ای دقیق‌تری را به سلول‌های بنیادی بدهیم، با مهندسی مکان و زمان ارسال سیگنال‌های مورفوژن خاص." دکتر کلاین اضافه کرد: "استفاده از سلول‌های سازمان‌دهنده مصنوعی مهندسی‌شده می‌تواند در نهایت به ما این امکان را بدهد که کاربردهای دنیای واقعی را در آینده بسازیم." علم شگفت‌انگیز برنامه‌ریزی دستورات برای تحریک سلول‌های بنیادی ممکن است روزی درب را برای مقابله با بیماری‌های پیچیده باز کند. ما می‌توانیم انواع سلولی خاص، مانند سلول بتا برای تولید انسولین یا نورون برای درمان بیماری پارکینسون، را در زمینه یک بافت بزرگتر یا حتی یک عضو کامل تولید کنیم. این کار درهای جدید و هیجان‌انگیزی را باز می‌کند
پایان مطلب/.