به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تبدیل یک نوع سلول به نوع دیگری به عنوان مثال، تبدیل سلول پوستی به نورون از طریق فرآیندی انجام می‌شود که در آن سلول پوستی ابتدا به یک سلول بنیادی "پرتوان" تبدیل می‌شود، سپس به نورون تمایز می‌یابد. محققان MIT اکنون روشی ساده‌شده ابداع کرده‌اند که مرحله سلول بنیادی را کنار می‌گذارد و سلول پوستی را مستقیماً به نورون تبدیل می‌کند. تبدیل مستقیم سلول‌ها انواع سلول‌های خاص بیمار و مرتبط با بیماری‌ها را تولید می‌کند، مانند نورون‌ها، که نادر، محدود یا دشوار است که از سلول‌های رایج و به‌راحتی در دسترس مانند سلول‌های پوستی ایزوله شوند. این فرآیند تبدیل مستقیم سلول‌ها به نوع خاصی از سلول‌های بیمار، مانند نورون‌ها، که معمولاً از سلول‌های معمول و به‌راحتی قابل دسترسی مانند سلول‌های پوستی قابل استخراج نیستند، امکان‌پذیر می‌شود. این روش به‌ویژه برای تولید سلول‌هایی که در درمان بیماری‌های خاص به کار می‌روند، مفید است، زیرا سلول‌های خاص بیمار به‌طور طبیعی به‌راحتی در دسترس نیستند.

فرایند برنامه‌ریزی مجدد سلولی

برنامه‌ریزی مجدد سلولی به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن نوع سرنوشت سلولی تغییر می‌کند، یعنی تبدیل یک نوع سلول به نوعی دیگر. این حوزه تاریخ طولانی و پرباری دارد که از کار پیشگامانه گوردون در دهه ۱۹۵۰ آغاز می‌شود. موفقیت اولیه در کپی کردن قورباغه نشان‌دهنده پتانسیل برنامه‌ریزی مجدد هسته‌های کاملاً تمایز یافته به وضعیت همه توان بود که می‌تواند به قورباغه جدیدی تبدیل شود.  سه دهه بعد، در سال ۱۹۸۷، MyoD برای تبدیل فیبروبلاست‌های جنینی موش (MEFs) به میوبلاست‌ها استفاده شد که این نقطه آغاز اولین فاکتور ترنسکریپشن (TF) بود که توانست سرنوشت سلولی را تغییر دهد. در سال ۲۰۰۶، تاکاهاشی و یاماناکا از ۴ فاکتور ترنسکریپشن (Oct4، Sox2، Klf4 و Myc) برای تبدیل MEFs به سلول‌های بنیادی القایی پلاوریپوتنت (iPSCs) استفاده کردند. علاوه بر این، انواع مختلفی از سلول‌های کاربردی از طریق برنامه‌ریزی مجدد گزارش شده است که شامل نورون‌ها ، میوبلاست‌ها ،کاردیومیوسیت‌ها ، هپاتوسیت‌ها و سلول‌های β پانکراس هستند. در مجموع، این مطالعات نه تنها امکان‌پذیری تولید انواع سلولی مورد نظر از سلول‌های سوماتیک را نشان دادند، بلکه یک سیستم منطقی برای تحلیل آن‌ها فراهم کردند.

سلول درمانی بیماران مبتلا به آسیب‌های نخاعی یا بیماری‌های دارای اختلال حرکتی

محققان با استفاده از سلول‌های موش، روشی برای تبدیل سلول‌های پوستی به نورون توسعه دادند که بسیار کارآمد است و می‌تواند بیش از ۱۰ نورون از یک سلول پوستی تولید کند. اگر این روش در سلول‌های انسانی تکرار شود، این رویکرد می‌تواند امکان تولید مقادیر زیادی نورون حرکتی را فراهم کند، که به طور بالقوه می‌تواند برای درمان بیماران مبتلا به آسیب‌های نخاعی یا بیماری‌هایی که توانایی حرکت را مختل می‌کنند، استفاده شود. در واقع ما توانستیم به نتایجی برسیم که می‌توانستیم سوالاتی را مطرح کنیم که آیا این سلول‌ها می‌توانند نامزدهای مناسبی برای درمان‌های جایگزینی سلولی باشند، که امیدواریم چنین باشد. اینجاست که این نوع فناوری‌های برنامه‌ریزی مجدد می‌توانند ما را به آنجا برسانند. به عنوان اولین قدم در توسعه این سلول‌ها به عنوان درمان، محققان نشان دادند که می‌توانند نورون‌های حرکتی تولید کرده و آنها را در مغز موش‌ها پیوند دهند، جایی که با بافت میزبان ادغام شدند. گالوی نویسنده ارشد دو مقاله است که روش جدید را توصیف می‌کند و امروز در مجله Cell Systems منتشر شده است. دانشجوی دکترای MIT، ناتان وانگ، نویسنده اصلی هر دو مقاله است.

از پوست به نورون‌ها

تقریباً ۲۰ سال پیش، دانشمندان در ژاپن نشان دادند که با ارائه چهار فاکتور ترنسکریپشن به سلول‌های پوستی، می‌توان آنها را به سلول‌های بنیادی القایی پرتوان (iPSC) تبدیل کرد. مشابه با سلول‌های بنیادی جنینی، iPSC‌ها می‌توانند به انواع مختلفی از سلول‌ها تمایز یابند. این تکنیک به خوبی کار می‌کند، اما چندین هفته طول می‌کشد و بسیاری از سلول‌ها به طور کامل به انواع سلول‌های بالغ تبدیل نمی‌شوند. "اغلب، یکی از چالش‌ها در برنامه‌ریزی مجدد این است که سلول‌ها می‌توانند در حالت‌های واسطه‌ای گیر بیفتند." گالوی می‌گوید. "بنابراین، ما از تبدیل مستقیم استفاده می‌کنیم، جایی که به جای عبور از یک مرحله iPSC، مستقیماً از یک سلول سوماتیک به یک نورون حرکتی می‌رویم."

بکارگیری تنها سه فاکتوررونویسی

گالوی و گروه تحقیقاتی او و دیگران قبلاً این نوع تبدیل مستقیم را با بهره‌وری بسیار پایین کمتر از ۱ درصد نشان داده‌اند. در تحقیقات قبلی گالوی، او از ترکیب شش فاکتور ترنسکریپشن به همراه دو پروتئین دیگر که تکثیر سلولی را تحریک می‌کنند، استفاده کرده بود. هر یک از این هشت ژن از طریق یک وکتور ویروسی جداگانه تحویل داده می‌شد، که باعث دشواری در اطمینان از اینکه هر کدام در سطح درست در هر سلول بیان می‌شوند. در اولین مقاله جدید منتشر شده در Cell Systems، گالوی و دانشجویانش گزارشی از روشی ساده‌شده ارائه کردند که در آن سلول‌های پوستی می‌توانند با استفاده از تنها سه فاکتور ترنسکریپشن به نورون‌های حرکتی تبدیل شوند، به همراه دو ژن که سلول‌ها را به حالت تکثیر بالایی سوق می‌دهند. محققان با استفاده از سلول‌های موش، با شش فاکتور ترنسکریپشن اصلی شروع کرده و آزمایشاتی را برای حذف هر یک از آنها انجام دادند تا به ترکیبی از سه فاکتور NGN2،ISL1 و LHX3 رسیدند که می‌توانست تبدیل به نورون را به‌طور موفقیت‌آمیز انجام دهد. با امید به پیشرفت در درمان‌های بیماری‌های نورولوژیک محققان این روش جدید را در سلول‌های انسانی نیز آزمایش کردند، اما با بهره‌وری پایین‌تر، حدود ۱۰ تا ۳۰ درصد، که هنوز از تبدیل سلول‌ها به iPSC و سپس تمایز آنها به نورون‌ها سریع‌تر است.

پیوند سلول‌ها

پس از شناسایی ترکیب بهینه ژن‌ها برای تحویل، محققان روی بهترین روش‌های تحویل آنها کار کردند، که محور مقاله دوم Cell Systems بود. آنها سه ویروس مختلف را آزمایش کردند و متوجه شدند که ویروس رتروویروسی بالاترین نرخ تبدیل را دارد. کاهش چگالی سلول‌ها در ظرف کشت همچنین به بهبود کلی بهره‌وری نورون‌های حرکتی کمک کرد. این روش بهینه‌شده که حدود دو هفته در سلول‌های موش طول می‌کشد، نرخ بهره‌وری بیش از ۱۰۰۰ درصد را به دست آورد. محققان اکنون امیدوارند که این نورون‌ها را در نخاع پیوند دهند تا پتانسیل درمان برای بیماری‌هایی مانند ALS را آزمایش کنند. این تحقیق توسط موسسه ملی علوم پزشکی عمومی و برنامه فلوشیپ تحقیقاتی موسسه ملی علوم بنیادگرایانه به‌طور مالی پشتیبانی شد.

پایان مطلب/.