محققان از اهمیت سایتوکاین‌ها در فرآیندهای سلولی از جمله تکثیر، تمایز و آپوپتوز و تحقیق در مورد مکانیسم‌های بیماری و کاربردهای درمانی خبر دادند.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سایتوکاین‌ها پروتئین‌های ترشح‌شده‌ای هستند که برای تنظیم ایمنی، سیگنال‌دهی سلولی و هموستازی بافتی حیاتی هستند. این مولکول‌ها به طور فزاینده‌ای به عنوان ابزارهای کلیدی در تحقیقات بیومدیکال، به‌ویژه در کشف دارو و پزشکی ترمیمی شناخته می‌شوند. سایتوکاین‌ها نقش مهمی در فرآیندهای سلولی از جمله تکثیر، تمایز و آپوپتوز ایفا می‌کنند و بنابراین برای تحقیق در مورد مکانیسم‌های بیماری و کاربردهای درمانی ضروری هستند. ظهور مدل‌های پیشرفته درون‌کشتگاهی، مانند سلول‌های بنیادی پرتوان القا شده (iPSCs) و ارگانوئیدها، باعث بهبود قابل توجه استفاده از سایتوکاین‌ها برای تقلید از میکرو محیط‌های پیچیده بافتی شده است. با این حال، طبیعت پلیوتروپیک سایتوکاین‌ها، که در آن یک سایتوکاین بر چندین مسیر بیولوژیکی تأثیر می‌گذارد، چالش‌هایی ایجاد می‌کند و بنابراین نیاز به تنظیم دقیق برای بهره‌برداری کامل از پتانسیل درمانی آن‌ها دارد.
سایتوکاین‌ها در زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی
سایتوکاین‌ها برای حفظ پرتوانی و خودنوزایی سلول‌های بنیادی و همچنین برای هدایت تمایز آن‌ها به لاین‌های خاص ضروری هستند. سلول‌های iPSC، که از سلول‌های سوماتیک از طریق بازبرنامه‌ریزی به‌دست می‌آیند، به یک میکرو محیط کنترل‌شده با سایتوکاین‌ها از جمله FGF2، TGF-β و BMP4 نیاز دارند تا وضعیت پرتوان خود را حفظ کنند. در طول تمایز، سیگنال‌دهی سایتوکاین‌ها به خاصیت لاین‌سازی کمک می‌کند و مسیرهای توسعه جنینی را تقلید می‌کند. به عنوان مثال، Activin A و BMP2 در توسعه بافت‌های اندودرم، از جمله کبد و لوزالمعده، نقش دارند، در حالی که VEGF و SCF تمایز مزودرم را به سلول‌های هماتوپوئتیک و عروقی هدایت می‌کنند. استفاده استراتژیک از سایتوکاین‌ها همچنین به مقابله با تغییرپذیری در پروتکل‌های تمایز کمک می‌کند و این امکان را می‌دهد که سلول‌های مورد نظر به‌طور مداوم تولید شوند. این امر موجب شده است که iPSCs و ارگانوئیدهای مشتق شده از آن‌ها ابزارهای ارزشمندی برای مدل‌سازی بیماری‌ها، پزشکی شخصی و درمان‌های ترمیمی شوند. علاوه بر تمایز، سایتوکاین‌ها برای حفظ ثبات ژنومی و یکپارچگی عملکردی سلول‌های بنیادی در طول گسترش نیز ضروری هستند. توانایی آن‌ها در تأثیرگذاری بر مسیرهای حیاتی مانند WNT و Notch اهمیت آن‌ها را در تحقیقات سلول‌های بنیادی نشان می‌دهد.
ارگانوئیدها به عنوان یک پلتفرم تحقیقاتی مبتنی بر سایتوکاین
ارگانوئیدها سیستم‌های کشت سلولی سه‌بعدی که ساختار و عملکرد اندام‌های انسانی را تقلید می‌کنند به عنوان ابزارهای تحول‌آفرین در کشف دارو ظاهر شده‌اند. این ارگانوئیدها که از سلول‌های بنیادی یا نمونه‌های بافتی نشأت می‌گیرند، به سایتوکاین‌ها وابسته هستند تا میکرو محیط‌های خاص هر اندام را ایجاد کنند. در ارگانوئیدهای روده‌ای، Wnt3a و EGF تکثیر اپی‌تلیالی را تسهیل می‌کنند، در حالی که BMP4 بلوغ را تنظیم می‌کند. به‌طور مشابه، VEGF و FGF2 برای ارگانوئیدهای مغزی عروقی حیاتی هستند و توسعه رگ‌های خونی عملکردی را ممکن می‌سازند. این مدل‌های مبتنی بر سایتوکاین بینش‌های بی‌سابقه‌ای در مورد فرآیندهای توسعه، مکانیسم‌های بیماری و تعاملات میزبان-پاتوژن ارائه می‌دهند و جایگزینی فیزیولوژیکی معتبر برای کشت‌های 2D سنتی هستند. یکپارچه‌سازی ارگانوئیدها با سیگنال‌دهی سایتوکاین‌ها به پژوهشگران این امکان را داده است که شرایط پیچیده‌ای مانند التهاب، فیبروز و پیشرفت تومور را شبیه‌سازی کنند. با استفاده از سایتوکاین‌هایی مانند IL-6 و TNF-α، ارگانوئیدها می‌توانند میکرو محیط‌های التهابی را بازسازی کنند که برای مطالعه شرایط خودایمنی و بیماری‌های التهابی مزمن حیاتی هستند.
گسترش نقش سایتوکاین‌ها در کشف دارو
یکپارچه‌سازی سایتوکاین‌ها در تحقیقات سلول‌های بنیادی و ارگانوئید، کشف دارو را بهبود بخشیده است و مدل‌های دقیق‌تر، پیش‌بینی‌کننده و شخصی‌سازی‌شده را تسهیل می‌کند. سیستم‌های تقویت‌شده با سایتوکاین پلتفرم‌های مهمی برای غربالگری دارو، تست سمیت و تحقیقات مکانیسمی ایجاد می‌کنند.
پزشکی شخصی و مدل‌سازی بیماری
iPSCهای مشتق شده از بیماران و ارگانوئیدهای پشتیبانی‌شده با سایتوکاین فرصت‌های بی‌نظیری برای تحقیق در پزشکی شخصی فراهم می‌کنند. سایتوکاین‌ها، از جمله IL-6 و IL-1β، شرایط التهابی را بازسازی می‌کنند تا پاسخ‌های دارویی در زمینه‌های خاص بیمار را ارزیابی کنند. به عنوان مثال، ارگانوئیدهای فیبروز کیستی که شامل مدولاتورهای سیگنال‌دهی Wnt هستند، آزمایش دقیق نامزدهای درمانی سفارشی برای پروفایل‌های ژنتیکی فردی را تسهیل می‌کنند.
توسعه ایمونوتراپی
سایتوکاین‌ها برای پیشبرد تحقیقات ایمونوتراپی کلیدی هستند. مدل‌های ارگانوئید، شامل سلول‌های ایمنی و سایتوکاین‌ها از جمله IL-2 و IL-15، بازسازی میکرو محیط‌های توموری را تسهیل می‌کنند. این سیستم‌ها به بررسی مهارکننده‌های چک‌پوینت ایمنی، درمان‌های مبتنی بر سایتوکاین و استراتژی‌های سلول‌های T تطبیقی کمک می‌کنند و بینش‌های مهمی از تعاملات پویا بین تومورها و سیستم ایمنی ارائه می‌دهند.
غربالگری با توان بالا
پلتفرم‌های ارگانوئید، همراه با پروتکل‌های تمایز مبتنی بر سایتوکاین، امکان غربالگری دارو با توان بالا را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، ارگانوئیدهای کبدی که از VEGF و HGF پشتیبانی می‌کنند، برای غربالگری سمیت هپاتوتوکسیکیت در توان بالا استفاده می‌شوند و ارزیابی سریع پروفایل‌های ایمنی دارو را در طول ارزیابی‌های پیش‌بالینی ممکن می‌سازند. به‌طور مشابه، ارگانوئیدهای ریه که شامل FGF2 و EGF هستند، نقش حیاتی در مدل‌سازی بیماری‌های تنفسی و تست درمان‌های ضدویروسی با توان بالا دارند و ارزیابی کارآمد بسیاری از ترکیبات را تسهیل می‌کنند.
تحقیقات بیماری‌های عفونی
سایتوکاین‌ها برای مطالعه بیماری‌های عفونی ضروری هستند. در طول پاندمی COVID-19، ارگانوئیدهای ریه و روده‌ای مبتنی بر سایتوکاین‌ها بینش‌های حیاتی در مورد پاتوژنز SARS-CoV-2 ارائه دادند، مانند طوفان سایتوکاینی که منجر به نتایج بیماری شدید می‌شود.
پزشکی ترمیمی
سایتوکاین‌ها همچنین از استفاده از ارگانوئیدها در پزشکی ترمیمی پشتیبانی می‌کنند. ارگانوئیدهای پانکراس که از سایتوکاین‌هایی مانند Activin A، FGF2 و IGF-1 پشتیبانی می‌کنند، در حال حاضر برای درمان دیابت مورد بررسی قرار می‌گیرند. ارگانوئیدهای کبدی نیز در حال توسعه هستند تا بازسازی کبد را مدل‌سازی کرده و درمان‌های مبتنی بر سلول را آزمایش کنند.
چالش‌ها و جهات آینده
در حالی که استفاده از سایتوکاین‌ها در تحقیقات سلول‌های بنیادی و ارگانوئید در حال افزایش است، چالش‌های زیادی باقی مانده است. اثرات پلیوتروپیک سایتوکاین‌ها می‌توانند منجر به اثرات جانبی غیرمطلوب شوند که این امر نیاز به مهندسی دقیق فرمولاسیون‌های سایتوکاین را برجسته می‌کند. علاوه بر این، هزینه بالا و تغییرپذیری دسته‌ای سایتوکاین‌های بازترکیب هنوز موانعی برای استفاده گسترده در موارد صنعتی ایجاد می‌کند.
پایان مطلب/.