سلول بنیادی و انواع آن

یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد سلول‌های بنیادی، توانایی تبدیل شدن به هر نوع سلولی در بدن است. آنها می توانند تحت تأثیر بعضی شرایط فیزیولوژیك یا آزمایشگاهی به سلول هایی با عملكردهای اختصاصی مانند سلول های عضلانی قلب یا سلول های تولید كننده انسولین در پانكراس و… تبدیل شوند.

تعریف سلول‌های بنیادی و تقسیم‌بندی آنها

سلول‌های تمایزنیافته‌ای که برای عملکردی خاص تخصصی نشده‌اند، سلول‌های بنیادی نامیده می‌شوند. این سلول‌ها از دو قابلیت اساسی برخوردارند: خودتکثیری و توان تمایز به انواع سلول‌های بدن. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد، کانون توجه پژوهشگران بوده و تحقیقات گسترده‌ای را در این حوزه رقم زده است. امروزه، سلول‌های بنیادی به عنوان اصلی‌ترین امید برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده مطرح هستند و حتی پتانسیل آن را دارند که در آینده مبنای ساخت اندام‌های انسانی قرار گیرند.

به‌طور كلی سلول‌های بنیادی دارای دو خصوصیت عمده هستند:

۱) قدرت تكثیر نامحدود 

 ۲) خصوصیت پُرتوانی یا اصطلاحاً Pluripotency

بر اساس منشأ، سلول‌های بنیادی به دو دسته تقسیم می‌شوند: سلول‌های بنیادی جنینی(Embryonic Stem Cells) كه در مراحل اولیه تشكیل جنین، از آن گرفته می‌شود و سلول‌های بنیادی بالغ یا مزانشیمی (Adult Stem Cells) كه پس از تولد فرد و به‌ ویژه از مغز استخوان آن گرفته می‌شود.

تاریخچه تولید و کاربرد سلول‌های بنیادی

تاریخچه استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی حدود دو دهه پیش با پژوهش روی مدل‌های حیوانی مانند موش آغاز شد. پس از موفقیت‌های اولیه در تمایز و پیوند این سلول‌ها در موش، توجه به سلول‌های بنیادی انسان جلب شد و در سال ۱۹۹۸ اولین گزارش موفق کشت و تمایز سلول‌های بنیادی جنینی انسان منتشر گردید. با وجود محدودیت‌های فنی و اخلاقی که هنوز مورد تحقیق است، در سال‌های اخیر مطالعات روی سلول‌های بنیادی بالغ نیز گسترش یافته است.

ایران از جمله معدود کشورهایی است که به فناوری تولید سلول‌های بنیادی جنینی دست یافته است. این فناوری در جهان نسبتاً نوین محسوب می‌شود و ایران در کنار کشورهای پیشرویی مانند ایالات متحده، ژاپن، بریتانیا و کره جنوبی قرار دارد، بنابراین فاصله علمی کشور با دیگر پیشگامان این حوزه چندان زیاد نیست.

خصوصیات سلول های بنیادی

تفاوت‌های قابل توجهی بین سلول‌های بنیادی و دیگر انواع سلول‌های بدن وجود دارد. از جمله خصوصیات مشترک این سلول ها:

۱-توانایی تکثیر و افزایش تعداد آنها برای مدت طولانی

توانایی تقسیم و تولید سلول‌های جدید از ویژگی‌های اصلی سلول‌های بنیادی است. این توانایی بالغ برای تکثیر و ایجاد جمعیت سلولی بزرگ و نیز ترمیم بافت‌های آسیب دیده بسیار ارزشمند است.

stem cell‏ ها قادربه تقسیم شدن (‏dividing‏) ونوسازی خودشان برای مدت طولانی هستند، پدیده ای که در سلول های عضلانی، خونی و یا عصبی به صورت طبیعی دیده نمی‌شود، اما سلول های بنیادی این عمل را بارها و بارها انجام می دهند. هنگامی که عمل تکثیر برای مدت طولانی اتفاق می افتد آن را ‏proliferation‏ می نامند.

یک جمعیت آغازگر سلول بنیادی که شروع به ‏proliferation‏ می کند، می تواند میلیون‌ها سلول را ایجاد کند. حال اگر این سلول ها نیز به مانند سلول های مادری اولیه غیر تخصصی (‏unspecialized‏) باشند می گویند که این سلول ها قادر به ‏long-term self renewal‏ هستند. ‏توان نوسازی سلول های نامتمایزی هستند كه توانایی تكثیر نامحدود خود را دارند و در حالت نامتمایز باقی بمانند.

۲-توانایی تمایز و انعطاف‌پذیری سلول‌های بنیادی

 با قرار گرفتن در شرایط فیزیولوژیک یا آزمایشگاهی مناسب، سلول‌های بنیادی می‌توانند به هر نوع سلول تخصصی در بدن از جمله سلول‌های عضلانی قلب یا سلول‌های تولیدکننده انسولین در پانکراس تبدیل شوند. در سال‌های اخیر، تحقیقات زیادی درباره امکان تبدیل سلول بنیادی یک بافت به سلول‌های تخصصی یک بافت کاملاً متفاوت انجام شده است. این فرایند را انعطاف‌پذیری (Plasticity) می‌نامند. برای مثال، تبدیل سلول‌های بنیادی مغز استخوان به نورون‌ها، سلول‌های بنیادی کبدی به سلول‌های تولیدکننده انسولین، یا سلول‌های خون‌ساز به سلول‌های عضله قلبی از جمله این موارد است.

مکانیسم تمایز و عوامل مؤثر بر آن

با دریافت پیام‌های شیمیایی معین، فرآیند تمایز در سلول‌های بنیادی آغاز شده و آن‌ها به سلول‌های تخصصی با عملکردهای خاص تبدیل می‌شوند. عملکرد این سلول‌ها در بدن به این شکل است که در هنگام اختلال و بیماری، تکثیر پیدا کرده و سلول‌های جدیدی به بافت ارائه می‌کنند که اساس درمان‌های سلولی را تشکیل می‌دهد. فرایند تبدیل سلول‌های غیرتخصصی به سلول‌های تخصصی یک بافت خاص را تمایز (Differentiation) می‌نامند.

این پدیده تحت تأثیر سیگنال‌های داخلی و خارجی قرار می‌گیرد که بخش مهمی از تحقیقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.

سیگنال‌های داخلی: توسط ژن‌ها کنترل می‌شوند و شامل اطلاعاتی هستند که خصوصیات و عملکرد ساختاری یک سلول را با کد کردن اطلاعات لازم در DNA تعیین می‌کنند.

سیگنال‌های خارجی: منشأ خارج سلولی دارند و شامل مواد شیمیایی ترشح‌شده، تماس فیزیکی با سلول‌های مجاور و مولکول‌های مخصوص در محیط میکروسکوپی اطراف سلول (Microenvironment) هستند.

۳-خواص درمانی

قابلیت درمانی سلول‌های بنیادی به این معناست که آن‌ها می‌توانند در محیط آزمایشگاهی تکثیر شده و باقی بمانند. این ویژگی به ما امکان می‌دهد تا مقدار زیادی سلول‌های بنیادی بدست آورده و برای کاربردهای درمانی استفاده کنیم.

۴-عدم تمایل به تمایز نهایی

در مراحل اولیه تقسیم، این سلول‌ها معمولاً به سلول‌های تخصصی تبدیل نمی‌شوند و می‌توانند در وضعیتی به نام “وضعیت نشا” (بلاست) باقی بمانند. این وضعیت به آنها اجازه می‌دهد که در صورت نیاز، به سمت تمایز و تبدیل به سلول‌های مورد نیاز برود.

۵-کمترین احتمال رد شدن توسط سیستم ایمنی

در مقایسه با سلول‌های دیگر، سلول‌های بنیادی کمتر تحت تأثیر برخورد با سیستم ایمنی بدن قرار می‌گیرند. این به معنی آن است که در صورت استفاده از سلول‌های بنیادی برای درمان بیماری‌ها و ترمیم بافت‌ها، احتمال رد شدن توسط سیستم ایمنی بدن کمتر است.

ویژگی‌های منحصر به فرد سلول‌های بنیادی امکانات بسیاری را برای درمان بیماری‌ها و تحقیقات بیولوژیکی فراهم می‌کنند. با بهره‌گیری از توانایی تقسیم و تمایز آنها، امیدواریم که بتوانیم بهبود سلامت انسان‌ها را در مسیری موثرتر و نوآورانه‌تری رقم بزنیم.

انواع سلول های بنیادی و نحوه تشکیل آن ها

دانشمندان در ابتدا با دو نوع از سلول های بنیادی كه از حیوانات و انسان ها به دست آمده بودند، شامل سلول های بنیادی جنینی و سلول های بنیادی بالغین كار می كردند كه این دو دسته سلولی عملكردها و ویژگی های مختلفی دارا هستند.

سلول های بنیادی جنینی

بیشتر از ۲۰ سال قبل دانشمندان توانستند سلول های بنیادی را از جنین ابتدایی موش جدا كنند و با مطالعه سالها جزئیات بیولوژی سلول های بنیادی موش؛ در سال ۱۹۹۸ دانشمندان موفق به جدا كردن سلول های بنیادی جنینی از جنین انسان و رشد آنها در محیط آزمایشگاه شدند و این سلول ها را سلول های بنیادی جنینی انسان نامیدند. این سلول ها همانطور كه از نامشان مشخص است از جنین های چهار یا پنج روزه كه از تخم های آزمایشگاهی بارور می شوند به دست می آیند و در محیط آزمایشگاهی در محیط كشت های اختصاصی رشد داده می شوند.

منشأ سلول‌های بنیادی جنینی

بن‌یاخته‌های جنینی در مرحله بلاستوسیست از توده سلولی داخلی یا Inner Cell Mass گرفته می‌شوند. بلاستوسیست یكی از مراحل دوران جنینی است كه به لحاظ مرفولوژی، شبیه یك توپ توخالی است.سلول‌های محیط این توپ تروفوبلاست (Trophoblast) هستند كه جفت را می‌سازند .در داخل این توپ هم تعدادی سلول جمع شده‌اند كه در مراحل بعدی، به جنین تبدیل می‌شوند.

 اگر این توده سلول‌های داخلی را برداشته و در محیط آزمایشگاهی كشت بدهند، بن‌یاخته‌های جنینی ایجاد می‌شوند. اما هنوز دقیقاً مشخص نیست كه آیا این توده سلول‌های داخلی منشأ بن‌یاخته‌های جنینی هستند، یا اینكه فرآیند مذكور حاصل شرایط محیطی بوده و توده سلول‌های داخلی در محیط آزمایشگاهی سلول‌های دیگری را می‌سازند كه آنها به بن‌یاخته‌ جنینی بدل می‌شوند.

سلول های بنیادی بالغین

سلول‌های بنیادی بالغ، سلول‌های نامتمایزی هستند که در میان بافت‌های تخصص‌یافته بدن انسان یافت می‌شوند و توانایی نوسازی و تمایز به انواع سلول‌های اصلی همان بافت یا اندام را دارند. نقش اصلی آن‌ها حمایت و ترمیم بافت‌هایی است که از آن‌ها به‌دست می‌آیند. دانشمندان این سلول‌ها را در بافت‌های بیشتری نسبت به انتظار اولیه شناسایی کرده‌اند که راه را برای استفاده از آن‌ها در پیوند باز کرده است. استفاده از سلول‌های بنیادی خون‌ساز مغز استخوان برای پیوند بیش از ۳۰ سال سابقه دارد.

در دهه ۱۹۶۰ مشخص شد مغز استخوان حداقل دو نوع سلول بنیادی دارد: 

سلول‌های بنیادی خون‌ساز (تولیدکننده انواع سلول‌های خونی)

سلول‌های استرومال (قادر به تولید غضروف، استخوان، چربی و بافت همبند)

در همان دهه، مطالعات روی موش‌ها مناطقی در مغز را نشان داد که سلول‌های تقسیم‌شونده به سلول‌های عصبی تبدیل می‌شوند. با این حال، تا دهه ۱۹۹۰ پذیرفته نشده بود که مغز بالغین می‌تواند نورون جدید تولید کند. در آن زمان تأیید شد که مغز بالغ حاوی سلول‌های بنیادی است که قادر به تولید سه نوع اصلی سلول مغزی (آستروسیت‌ها، الیگودندروسیت‌ها و نورون‌ها) هستند. سلول‌های بنیادی بالغ در بسیاری از اندام‌ها و بافت‌ها شناسایی شده‌اند، اما تعداد آن‌ها در هر بافت بسیار محدود است. این سلول‌ها اغلب در منطقه خاصی از بافت به‌صورت غیرفعال باقی می‌مانند و تنها در پاسخ به بیماری یا آسیب فعال می‌شوند. 

بافت هایی كه سلول های بنیادی بالغین در آنها یافت می شوند، عبارتند از: مغز استخوان، خون محیطی، مغز، عروق خونی، پالپ دندان، عضله اسكلتی، پوست، كبد، پانكراس، قرنیه، شبكیه، سیستم گوارش.

دانشمندان در خیلی از آزمایشگاه ها تلاش می كنند تا بتوانند كه سلول های بنیادی بالغین را در كشت سلول به انواع سلول ها اختصاصی تبدیل كنند تا از آنها برای درمان بیماری ها و صدمات بافتی استفاده كنند.

پتانسیل های درمانی این سلول ها عبارتند از: جایگزینی سلول های تولیدكننده دوپامین در مغز در بیماری پاركینسون، تولید سلول های انسولین ساز برای نوع یك دیابت (وابسته به انسولین) و تعمیر سلول های عضلانی تخریب شده.

منشأ سلول‌های بنیادی بالغ

سلول‌های بنیادی بالغ همان‌طور كه از نام‌شان مشخص است، پس از تولد از فرد گرفته می‌شوند. برای مثال این سلول‌ها را می‌توان از بافت مغز استخوان یك فرد سالم تهیه كرد. البته بر اساس یافته‌های اخیر، برخی معتقدند كه هر بافتی دارای سلول‌های بنیادی خاص خود است. به‌طور مثال، مشخص شده كه قلب، مغز و ماهیچه‌های اسكلتی هر كدام دارای سلول‌های بنیادی خاص خود هستند و همه این سلول‌ها در بدن یك فرد بالغ وجود دارند.

 به‌عنوان مثال، سلول‌های بنیادی قلبی بیشتر در ناحیه اپیكس (Apex) قلب و سلول‌های بنیادی مغزی عمدتاً در دیواره بطن مغز متمركز هستند. با این حال دقیقاً مشخص نیست كه منشأ این سلول‌های بنیادی گوناگون، چه سلولی است و آیا منشأ همه اینها همان سلول‌های مغز استخوان هستند كه هر یك به سمت اندام‌ خاصی مهاجرت كرده و به سلول‌های بنیادی خاص آن تبدیل می‌شوند، یا منشأ دیگری برای آنها وجود دارد.

سلول های بنیادی بند ناف

سلول های بنیادی بند ناف از سلول های پرتوان دیگر هستند كه همچون سلول های بنیادی بالغین قادرند تا انواعی از سلول ها را در محیط آزمایشگاهی تولید كنند. در بند ناف دو دسته سلول های بنیادی وجود دارند كه قادر به ساختن سلول های خونی و سلول های استخوانی و چربی بوده و همچنین به عنوان جایگزینی برای سلول های مغز استخوان در علم پیوند مغز استخوان محسوب می شوند.

ضرورت تحقیق و پژوهش در خصوص سلول های بنیادی چیست؟

توانایی ایجاد هر نوع سلول به طور نامحدود، باعث شده است تا سلول‌های بنیادی در علم پیوند کاربرد فراوان و شگرفی داشته باشند. علاوه بر این می توان به گونه ای این سلول ها را از نظر ژنتیكی تغییر داد تا پس از پیوند دفع نشوند.

كارهایی كه در این رابطه تا به حال انجام شده اند، عبارتند از:

1- سلول های ماهیچه قلب توان تكثیر طی دوره بزرگسالی را ندارند و هرگاه با جراحت یا ایسكمی، به بافت مزبور آسیبی برسد بافت غیرفعال جایگزین سلول های ماهیچه ای قلب فعال می شوند. سلول های بنیادی جنینی توان تبدیل به سلول های ماهیچه ای قلب را دارند كه از آنها می توان در درمان موارد سكته های قلبی كه عامل اصلی آسیب به ماهیچه قلب هستند و همچنین در موارد اختلالات مادرزادی قلبی استفاده كرد.

۲- سلول های بنیادی خون ساز در علم پیوند مغز استخوان برای درمان بعضی بیماری های خونی مانند تالاسمی و همچنین سرطان های افراد بزرگسال و خردسال به كار می روند كه در ایران از سال ۱۳۷۱ در مركز هماتولوژی و انكولوژی و پیوند مغز استخوان واقع در بیمارستان شریعتی وابسته به دانشگاه علوم پزشكی تهران و دانشگاه علوم پزشكی شیراز انجام می شود.

3- سلول های مولد انسولین از سلول های بنیادی جنینی موش و انسان به دست آمده اند كه می توانند راه گشایی در درمان بیماری دیابت باشند.

4- سلول های عصبی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند كه از آنها می توان در درمان بیماری های تخریب شونده سیستم عصبی مانند پاركینسون و یا آلزایمر استفاده كرد.

۵- سلول های پوستی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند كه از این سلول ها می توان در درمان سوختگی ها و بهبود زخم ها استفاده كرد.

۶- تبدیل سلول بنیادی به سلول های سازنده غضروف و استخوان

۷- تبدیل سلول بنیادی به سلول كبدی

8- تولید لوله گوارش از سلول های بنیادی

سلول های بنیادی مغز استخوان

در سال ۱۹۶۰ محققان کشف کردند که مغز استخوان دارای حداقل دو نوع سلول بنیادی است:

سلول های بنیادی خون ساز

که انواع سلول های خونی را در بدن می سازند.

سلول های استرومال

که می توانند بافت های غضروف، استخوان، چربی و بافت های همبندی فیبروز را در بدن بسازند.

نحوه تشکیل سلول های بنیادی

در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی، دانشمندان توانستند سلول های بنیادی را از جنین ابتدایی موش جدا کنند. بیشتر این دانشمندان معتقد بودند که سلول های عصبی جدید در مغز افراد بالغ نمی تواند تولید شود تا اینکه در سال ۱۹۹۰ دانشمندان توافق کردند که مغز بالغین شامل سلول های بنیادی است که قادر به تولید سه نوع اصلی سلول های مغزی ( که شامل آستروسیت ها، الیگودندروسیت ها (سلول های غیرعصبی) ، نورون ها (ســلول هـای عصـبی) است.

‏سلول های بنیادی افراد بالغ ‏‎(stem cell adult)‎‏ در ارگان ها و بافت های زیادی از بدن جدا شده اند، اما نکته مهم این است که تعداد بسیار محدودی از این سلول ها در هر بافت وجود دارد که در منطقه خاصی از آن بافت برای سالها ساکن باقی مانده و با ظهور بیماری یا آسیب بافتی فعال می شوند.‏

بافت هایی که سلول های بنیادی بالغین در آنها یافت می شوند شامل مغز استخوان، خون محیطی، مغز، عروق خونی، پالپ دندان، عضله اسکلتی، پوست، کبد، پانکراس، قرنیه، شبکیه، سیستم گوارش است.

تاریخچه و اکتشافات اولیه

در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی، دانشمندان موفق به جداسازی سلول‌های بنیادی از جنین ابتدایی موش شدند. برای سال‌ها، باور رایج بر این بود که در مغز افراد بالغ، سلول عصبی جدیدی تولید نمی‌شود. این دیدگاه تا سال ۱۹۹۰ ادامه داشت، تا زمانی که دانشمندان به اجماع رسیدند که مغز بالغین حاوی سلول‌های بنیادی است که قادر به تولید سه رده اصلی سلول‌های مغزی هستند: نورون‌ها (سلول‌های عصبی)، آستروسیت‌ها و الیگودندروسیت‌ها (سلول‌های غیرعصبی).

سلول‌های بنیادی بالغ: 

سلول‌های بنیادی بالغ (stem cell adult) از بسیاری از اندام‌ها و بافت‌های بدن جداسازی شده‌اند. نکته کلیدی این است که تعداد این سلول‌ها در هر بافت بسیار محدود است. آن‌ها در منطقه‌ای خاص از بافت، به‌صورت نهفته و ساکن باقی می‌مانند و تنها با بروز بیماری یا آسیب بافتی فعال می‌شوند. این سلول‌ها در بافت‌های متعددی از جمله مغز استخوان، خون محیطی، مغز، عروق خونی، پالپ دندان، عضله اسکلتی، پوست، کبد، پانکراس، قرنیه، شبکیه و دستگاه گوارش یافت می‌شوند.

انقلاب سال ۱۹۹۸: تولد سلول‌های بنیادی جنینی انسان

در سال ۱۹۹۸، دانشمندان گامی تاریخی برداشتند و موفق به جداسازی و کشت سلول‌های بنیادی جنینی انسان در آزمایشگاه شدند. منبع این سلول‌ها، جنین‌های ۳ تا ۵ روزه (به نام بلاستوسیست) حاصل از لقاح آزمایشگاهی تخمک هستند. یک بلاستوسیست توده‌ای متشکل از حدود ۱۰۰ سلول یا بیشتر است و سلول‌های بنیادی، در واقع سلول‌های درونی این ساختار هستند که پتانسیل تبدیل به تمام سلول‌ها، بافت‌ها و اندام‌های بدن را دارند.

از بلاستوسیست تا خط سلولی پایدار

دانشمندان این سلول‌های بنیادی را از بلاستوسیست جدا کرده و در ظروف کشت آزمایشگاهی (مانند پتری دیش) پرورش می‌دهند. پس از تکثیر و پر شدن ظرف، سلول‌ها به ظروف جدید منتقل می‌شوند؛ فرآیندی که پاساژ نامیده می‌شود. سلول‌های بنیادی جنینی که برای ماه‌ها بدون تمایز تکثیر می‌شوند، یک خط سلولی بنیادی (cell line) پایدار را تشکیل می‌دهند.

مقایسه چالش‌ها: جنینی در مقابل بالغ

کار با سلول‌های بنیادی بالغ به دلیل دشواری بیشتر در استخراج و کشت، سخت‌تر از سلول‌های بنیادی جنینی است. با این حال، یک مانع بزرگ در استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی، پس‌زدن احتمالی آن‌ها توسط سیستم ایمنی گیرنده است. اگر این سلول‌ها از یک اهداکننده به بیمار پیوند زده شوند، ممکن است به عنوان مهاجم خارجی شناسایی و مورد حمله قرار گیرند. استفاده از سلول‌های بنیادی بالغ خود بیمار تا حد زیادی این مشکل را کاهش می‌دهد، زیرا سیستم ایمنی بدن، سلول‌های خودی را پس نمی‌زند.

انواع سلول های بنیادی از نظر توانایی تکثیر و تمایز

بر اساس توانایی تکثیر و تمایز، سلول‌های بنیادی به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

‎سلول های بنیادی‎ TOTIPOTENT ‎یا همه توانی

‎این سلول ها می توانند به هر نوع سلولی در بدن تغییر پیدا کرده و تبدیل شوند. از جمله این سلول ها‎ ‎تخمک بارور شده یا سلول های تولید شده در‎ ‎تقسیمات یک تخمک بارور شده است.‏

سلول های بنیادی‎ PLURIPOTENT ‎یا پرتوانی‎

این سلول ها که از سلول های بنیادی رویان منشا می گیرند، حدود ۴ روز پس از لقاح‏‎ ‎به وجود می آیند و می توانند به هر نوع سلولی به جز سلول های بنیادی همه توانی و‎ ‎سلول های جفت تبدیل شده و تمایز حاصل کنند‎.

سلول های بنیادی‎ MULTIPOTENT ‎یا چند توانی‎

این سلول ها از سلول های بنیادی پرتوانی منشا می گیرند و سلول های تخصص یافته از آنها ناشی‎ ‎می شوند. برای مثال سلول های بنیادی خون ساز که در مغز استخوان وجود دارند می توانند به همه‏‎ ‎انواع سلول موجود در خون تبدیل می شوند‎؛‎‏ مثل گلبول قرمز، گلبول سفید و پلاکت . یا‏‎ ‎سلول های بنیادی عصبی که می توانند به سلول های عصبی و سلول های حمایت کننده عصبی‎ ‎تبدیل شوند.‏

سلول های بنیادی‎ UNIPOTENT ‎یا تک توانی‎

این نوع سلول ها می توانند فقط به یک نوع سلول تبدیل شده و آن را تولید کنند.‏

کاربرد سلول های بنیادی

کاربردهای سلول‌های بنیادی در پزشکی ترمیمی و درمانی

در حال حاضر، اصلی‌ترین کاربرد سلول‌های بنیادی (اعم از بالغ و جنینی) در سلول‌درمانی (Cell Therapy) است؛ یعنی استفاده از این سلول‌ها برای ترمیم بافت‌ها یا اندام‌های آسیب‌دیده. این رویکرد با هدف بازسازی سلول‌های ازدست‌رفته یا آسیبدیده در بیماری‌هایی مانند مشکلات قلبی، پارکینسون، دیابت و آسیب‌های غضروفی یا کبدی مطرح است. با این حال، تولید کامل اندام‌هایی مانند قلب یا کبد در آزمایشگاه، به دلیل نیاز به کشت سه‌بعدی و غذارسانی در مقیاس پیچیده، در مرحله تحقیقاتی قرار دارد و هنوز به‌عنوان یک فناوری بالینی در دسترس نیست.

نمونه‌های کاربردی سلول‌درمانی

بیماری‌های قلبی:

تزریق سلول‌های بنیادی به قلب برای بازسازی سلول‌های آسیب‌دیده پس از سکته قلبی. در موارد پیشرفته، پیوند سلول‌های بنیادی بند ناف به‌عنوان روش کمکی در کنار داروهای سرکوب‌کننده ایمنی می‌تواند شانس بقای بیماران در انتظار پیوند قلب را افزایش دهد. همین امر سبب شده تا ذخیره‌سازی سلول‌های بند ناف در بدو تولد برای استفاده احتمالی آینده توصیه شود.

بیماری پارکینسون:

برای جایگزینی سلول‌های تولیدکننده دوپامین در مغز می‌توان از سلول‌های بنیادی استفاده کرد. آزمایش‌های موفق روی موش‌های مبتلا به پارکینسون امید به کاربرد مشابه در انسان را تقویت کرده است.

دیابت نوع ۱:

سلول‌های بنیادی جنینی قابلیت تبدیل به سلول‌های تولیدکننده انسولین را دارند. در محیط آزمایشگاه می‌توان با استفاده از فاکتورهای رشد، این سلول‌ها را به گونه‌ای تمایز داد که نه تنها انسولین ترشح کنند، بلکه پاسخ تنظیمی به سطح قند خون نیز داشته باشند. همچنین امکان مهندسی ژنتیکی برای کاهش رد ایمنی یا محافظت سلول‌ها در پوشش‌های بی‌واکنش در حال بررسی است.

آسیب‌های کبدی:

در بیماران مبتلا به سرطان کبد، پیوند سلول‌های بنیادی به بخش سالم باقی‌مانده کبد می‌تواند زمان مورد نیاز برای بازسازی و ترمیم کبد را از ۶ هفته به حدود ۲ هفته کاهش دهد. این کار امکان خارج‌سازی سریع‌تر بافت سرطانی و کاهش خطر متاستاز را فراهم می‌کند.

مهندسی بافت:

در روشی پیشرفته، از یک چارچوب پلیمری زیست‌تخریب‌پذیر به شکل اندام مورد نظر استفاده می‌شود. این داربست با سلول‌های بنیادی بارور شده و با افزودن فاکتورهای رشد ویژه، هدایت می‌شود تا بافت جدید شکل گیرد. پس از پوشیده شدن چارچوب توسط بافت، آن را به بیمار پیوند می‌زنند و چارچوب به‌تدریج تجزیه می‌شود.

اگرچه سلول‌های بنیادی امروزه عمدتاً در قالب سلول‌درمانی برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده به‌کار می‌روند، تحقیقات گسترده در زمینه مهندسی بافت و تولید اندام‌های پیچیده در حال پیشرفت است. ذخیره‌سازی سلول‌های بنیادی بند ناف، استفاده از فاکتورهای رشد و روش‌های کاهش رد پیوند، از جمله راهکارهایی هستند که دامنه کاربرد این سلول‌ها را در آینده گسترش خواهند داد.

مزایا و محدودیت‌های سلول‌های بنیادی جنینی و بالغ

در ادامه مزایا و محدودیت های سلول های بنیادی جنینی و بالغ را بررسی خواهیم کرد:

اخلاق زیستی (Bioethic)

استخراج سلول‌های بنیادی جنینی به دلیل نیاز به تخریب جنین، در بسیاری از کشورها با ممنوعیت‌های قانونی و چالش‌های اخلاقی مواجه است. برای مثال، در آلمان این کار کاملاً ممنوع است و در انگلستان نیز تا مدتی اجازه تحقیقات در این زمینه داده نمی‌شد. در مقابل، سلول‌های بنیادی بالغ از فرد بالغ گرفته می‌شوند و استخراج آن‌ها خطری برای زندگی فرد ندارد؛ بنابراین با چنین محدودیت اخلاقی مواجه نیستند.

یکی از بحث‌برانگیزترین کاربردهای بالقوه هر دو نوع سلول بنیادی، همسانه‌سازی (کلونینگ) انسان است که در اکثر کشورهای جهان، صرف نظر از منشأ سلول، ممنوع اعلام شده است. با این حال، سایر کاربردهای پزشکی و درمانی سلول‌های بنیادی (مانند سلول‌درمانی و مهندسی بافت) در سراسر جهان به‌طور گسترده‌ای مورد تحقیق و توجه قرار دارند.

پس‌ زدگی

با توجه به اینكه از سلول‌های بنیادی بالغ هر بیمار می‌توان جهت مداوای خودش استفاده كرد، بنابراین پس از تزریق آنها به بدن بیمار، سیستم ایمنی بدن فرد، سلول‌های مذكور را به‌عنوان یك سلول یا بافت بیگانه تلقی نكرده و مشكل پس‌زدگی یا رد پیوند به‌ وجود نمی‌آید. شایان ذكر است پس‌زدگی، یكی از محدودیت‌های عمده پیش روی محققان در بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی جنینی است، زیرا آنتی‌ژن‌های سازگاری نسجی این سلو‌ل‌ها با شخص گیرنده یكی نبوده و احتمال پس‌زدگی آن‌ها بالا می‌رود. البته تحقیقاتی در حال انجام است كه مولكول‌های عرضه‌كننده آنتی‌ژن‌ها را فرونشانند (suppress) تا این مشكل رفع شود.

تمایز

سلول‌های بنیادی جنینی قدرت تکثیر و تمایز بسیار بالایی دارند و حتی ممکن است خودبه‌خود به سلول‌های دیگر تبدیل شوند؛ بنابراین کنترل تمایز ناخواسته آن‌ها ضروری است. مشکل اصلی در کار با هر دو نوع، هدایت دقیق مسیر تمایز است که هنوز پیچیده و ناشناخته است. با این حال، شناسایی این مسیرها دو فایده مهم دارد:

۱. درک چگونگی تشکیل سلول‌ها در دوران جنینی.

۲. شناسایی ژن‌های دخیل در تکوین بافت‌هایی مانند قلب و اعصاب.

در این زمینه، سلول‌های بنیادی جنینی برتر هستند؛ زیرا اطلاعات جامع‌تری درباره فرآیندهای تکوین اولیه ارائه می‌دهند.

ناهماهنگی  Arithmy

زمانی‌ كه از سلو‌ل‌های بنیادی جنینی برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده قلب استفاده می‌شود، در برخی موارد ناهماهنگی بین بافت قلب و بافت ترمیم‌شده به وجود می‌آید. زیرا در این حالت، سلول‌های بنیادی جنینی كه با بافت قلبی هموژنی كامل ندارند؛ به سلو‌ل‌های قلبی تبدیل شده‌اند. این مسأله باعث می‌شود در ضربان این دو قسمت ناهمخوانی پیش آید و ریتم ضربان قلب به هم بخورد. مشكل ناهماهنگی در برخی از آزمایشاتی كه روی موش‌ها انجام‌شده، دیده شده است. اما این مشكل در مورد سلول‌های بنیادی بالغ، كه از خود فرد بیمار دریافت شده‌اند، به چشم نمی‌خورد.

قدرت تكثیر و نامیرا بودن

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سلول‌های بنیادی جنینی، نامیرا بودن آنهاست. برخلاف سلول‌های بنیادی بالغ که میرا هستند و پس از چند مرحله تکثیر در محیط کشت دچار پیری سلولی می‌شوند، این سلول‌ها دارای بقای بسیار بالایی بوده و پیر نمی‌شوند.

در مقابل، سلول‌های بنیادی بالغ اگرچه قابلیت تکثیر و تمایز در آزمایشگاه را دارند، اما تعداد دفعات تکثیر آنها محدود است. در شرایط آزمایشگاهی معمولاً تنها می‌توان آنها را ۳۰ تا حداکثر ۵۰ بار وادار به تقسیم کرد. پس از آن، این سلول‌ها وارد فرآیند پیری شده و توانایی تکثیر خود را از دست می‌دهند.

با این وجود، از طریق تمایز هدفمند این سلول‌های بالغ، می‌توان رده‌های سلولی دیگری مانند سلول‌های چربی، استخوانی، غضروفی و حتی سلول‌های قلبی و عصبی تولید کرد.

قدرت پُرتوانی

ویژگی دیگر سلول‌های بنیادی جنینی در مقایسه با سلول‌های بنیادی بالغ این است كه دارای قدرت پُرتوانی  (Pluripotency) بسیار بیشتری هستند .به‌عبارت دیگر، در محیط آزمایشگاهی، قدرت تمایز این سلول‌ها به انواع دیگر سلول‌ها، بیش از سلول‌های بنیادی بالغ است.

برخی دیگر از مزایای سلول‌های بنیادی جنینی

در مقایسه با سلول‌های بنیادی بالغ، توانایی تمایز و تولید انواع بیشتری از سلول‌ها را دارند.

كنترل مراحل رشد و تمایز آنها، ساده‌تر از سلول‌های بنیادی بالغ است.

به علت فراوانی نسبتاً بیشتر، جداسازی آنها راحت‌تر از سلول‌های بنیادی بالغ است.

دانش بدست آمده از سلول‌های بنیادی جنینی حیوانات، در مطالعات انسانی نیز كاربرد دارد.

كاربرد‌های قریب‌الوقوع و مورد انتظار سلول‌های بنیادی در علوم پزشكی

هر چند استفاده از سلول‌های بنیادی، در مراحل اولیه خود به سر می‌برد، اما متخصصان معتقدند در آینده‌ای نه‌چندان دور، این سلول‌ها كاربردهای وسیعی در علم پزشكی خواهند داشت. با این اعتقاد، هم‌اكنون در اقصی نقاط جهان تحقیقات وسیعی در خصوص استفاده از سلول‌های بنیادی برای تأمین سلامت انسان در حال انجام است. در ذیل به چند نمونه از كاربردهای نزدیك به حصول سلول‌های بنیادی اشاره می‌شود:

ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده قلب

امروزه شمار زیادی از مردم دنیا از بیماری‌های قلبی ناشی از آسیب‌دیدگی بافت‌های آن رنج می‌برند كه بعضاً منجر به مرگ نیز می‌شود. ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده، همواره یكی از دغدغه‌های پزشكان و متخصصان علوم پزشكی بوده و بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی، امید تازه‌ای در این عرصه به وجود آورده است. متخصصان امیدوارند سلول‌های بنیادی را از مغز استخوان افراد بیمار (یا جنین نوظهور) استخراج و آنها را در محیط آزمایشگاه به سلول‌های قلبی تبدیل نمایند و نهایتاً با تزریق این سلول‌های تمایزیافته به بدن، امكان ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده قلب را فراهم آورند.

البته این تكنیك هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، اما موفقیت‌های به‌دست آمده در حیوانات آزمایشگاهی، احتمال بهره‌گیری از آن را در انسان قوت بخشیده است.

ترمیم بافت‌های استخوانی

در افرادی كه شكستگی وسیع استخوان دارند و یا كسانی كه مورد عمل جراحی مغزی قرار گرفته و كاسه سر آنها برداشته شده و همچنین اشخاصی كه استخوان‌های آنها به‌كندی جوش می‌خورد، از سلول‌های بنیادی برای جوش‌خوردگی سریع و جلوگیری از عفونت‌های بعدی استفاده می‌شود. در این تكنیك، سلول‌های بنیادی بالغ از فرد گرفته شده و در محیط آزمایشگاه به سلول‌های استئوپلاست )استخوانی) تبدیل می‌شوند، سپس این سلول‌ها در كنار بافت‌های آسیب‌دیده استقرار می‌یابند تا باعث جوش‌خوردگی سریع این بافت‌ها گردند. در این مورد، سلول‌ها از خود شخص جدا می‌شوند؛ بنابراین مشكل پس‌زدگی و عوارض جانبی را نیز در برندارد. تكنیك مذكور از مرحله آزمایشگاهی خارج شده و هم‌اكنون دركشورهای پیشرفته دنیا از جمله آمریكا و ژاپن به طور عملی و كاربردی بر روی بیماران انجام می‌شود.

درمان بیماری‌ها و ضایعات عصبی

پیشرفت‌های بشر در تولید و تمایز سلول‌های بنیادی، امیدواری برای درمان ضایعات عصبی مانند قطع نخاع و بیماری‌هایی چون آلزایمر، پارکینسون و MS را افزایش داده است. روش کلی، تبدیل سلول‌های بنیادی گرفته‌شده از خود فرد به سلول‌های عصبی و استفاده از آنها برای ترمیم آسیب است.

اگرچه بخش عمده این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، اما پیشرفت‌های امیدوارکننده‌ای گزارش شده است. به‌عنوان مثال، محققان فرانسوی اخیراً با استفاده از سلول‌های بالغ، توانسته‌اند موش قطع نخاع‌شده‌ای را تا حدی بهبود بخشند که قادر به حرکت باشد (هرچند نه با تعادل کامل). موفقیت نهایی این روش می‌تواند انقلابی در پزشکی محسوب شود.

همچنین، یک شرکت تحقیقاتی خصوصی آمریکایی به نام «اورسی» که متخصصان برجسته جهانی را گرد هم آورده، ادعا کرده است که با استفاده از سلول‌های بنیادی خود فرد، قادر به درمان بیماری‌هایی مانند آلزایمر، پارکینسون و MS می‌باشد. این شرکت در قبال ارائه این درمان، هزینه‌های بسیار بالایی در حدود ۱۰۰ هزار دلار دریافت می‌کند.

ترمیم سوختگی‌ها و ضایعات پوستی

جراحات پوستی ناشی از سوختگی‌ها یا صدمات دیگر، سالانه بسیاری از بیماران را دچار مشكل می‌كند. در روش معمول برای ترمیم قسمت‌های صدمه‌ دیده، از پوست بخش‌های سالم بدن استفاده می‌شود كه مشكلاتی را برای بیمار به‌وجود می‌آورد، اما با استفاده از سلول‌های بنیادی می‌توان سلول‌های پوستی را در محیط آزمایشگاه تولید نمود و درترمیم بافت‌های صدمه ‌دیده از آن‌ها استفاده كرد. این تكنولوژی در حال حاضر، كاربردی شده و توسط یكی از بیمارستانهای انگلستان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترمیم لوزالمعده (پانكراس) و ترشح انسولین

اخیراً متخصصان دانشگاه آلبرتا كانادا، موفق شده‌اند سلول‌های بنیادی بالغ را به سلول‌های پانكراس انسانی تبدیل نموده و به بیماران دیابتی منتقل نمایند. این آزمایش بر روی 23 نفر انجام شد كه 16 نفر از تزریق انسولین بی‌نیاز شدند. یادآوری می‌شود كه این پیوند از نوع اتولوگ بود (برای مداوای هر شخص از سلول‌های بنیادی خود وی استفاده شد) و مشكلات جانبی در بر نداشت.

آزمون تأثیر داروهای جدید

از جمله مشكلاتی كه همواره در مورد داروهای سنتتیك جدید وجود دارد آن است كه این تركیبات ممكن است روی سلول‌ها یا بافت‌های انسانی تأثیرات منفی داشته باشند؛ اما به دلیل مسائل اخلاق پزشكی، امكان ارزیابی‌های اولیه آنها بر روی انسان‌ وجود ندارد. به‌عنوان مثال، یك داروی سنتتیك قلبی ممكن است بر سلول‌ها یا بافت‌های قلبی تأثیر نامطلوبی داشته باشد. در این موارد می‌توان سلول‌های قلبی یا هر بافت دیگر را با استفاده از سلول‌های بنیادی تولید نمود و داروهای جدید را بر روی آنها آزمایش كرد، بدون اینكه نیاز به بررسی دارو در بدن انسان باشد. به‌عبارت دیگر، استفاده از سلول‌های بنیادی، انجام آزمایش‌های اولیه انسانی را با سهولت بیشتر و همان دقت اولیه ممكن می‌سازد. در این خصوص سلول‌های بنیادی جنینی می‌توانند كاربرد وسیعی داشته باشند.

استفاده از سلول‌های بنیادی بالغ برای طب پیوند

همانگونه كه قبلاً نیز اشاره شد، سلول‌های بنیادی بالغ كاندیدای بسیار خوبی برای طب پیوند به‌شمار می‌روند. در واقع می‌توان این سلول‌ها را از مغز استخوان یك فرد گرفته و دوباره به بخش آسیب‌دیده بدن همان فرد پیوند زد. بنابراین چون این سلول‌ها از خود فرد اخذ شده‌اند، مشكل رد پیوند به‌وجود نخواهد آمد.
البته این مسأله در مورد سلول‌های بنیادی جنینی هم مشاهده شده است. به‌عنوان مثال، پیوند سلول‌های بنیادی جنینی قلب موش به موشی كه دچار سكته قلبی شده موجب بهبود حیوان گردیده است. این نتایج، حتی در مورد پیوند سلول‌های بنیادی جنینی انسان به موش یا رت (نوعی موش آزمایشگاهی) قطع نخاع شده، بسیار امیدواركننده بوده و موجب برطرف شدن بسیاری از علائم آسیب در حیوان شده است. ولی باید توجه داشت كه یكی از محدودیت‌های سلول‌های بنیادی جنینی در طب پیوند، امكان رد شدن آن‌ها به‌دلیل واكنش‌های ناسازگاری نسجی است.

تلاش برای تولید سلول‌های بنیادی «یونیورسال» و جلوگیری از رد پیوند

به دلیل نامیرا بودن سلول‌های بنیادی جنینی، دانشمندان در تلاشند با دستکاری ژن‌های مرتبط با سازگاری بافتی (MHC)، رده سلولی «یونیورسال» تولید کنند. هدف، حذف ژن‌های سازگاری نسجی برای ایجاد سلول‌هایی است که قابلیت پیوند به تمام افراد را داشته باشند. در صورت موفقیت، منبعی نامحدود و پایدار از این سلول‌ها فراهم شده و مشکل رد پیوند حل خواهد شد. با این حال، علیرغم تحقیقات گسترده، تولید چنین سلول‌هایی تاکنون ممکن نشده و این ایده به دلیل پیچیدگی و ناشناخته بودن مکانیسم انتقال ژن برای خاموش کردن (Knock-out) ژن‌های مورد نظر، هنوز در حد نظریه است.

راهکار جایگزین: هماتوپوئتیک کایمریسم

فرضیه دیگر برای جلوگیری از رد پیوند، استفاده از هماتوپوئتیک کایمریسم است. در این روش، اگر قرار باشد به فردی سلول عصبی حاصل از سلول‌های بنیادی جنینی پیوند زده شود، از همان سلول‌های بنیادی، علاوه بر سلول‌های عصبی، سلول‌های خونی نیز تولید و به گیرنده پیوند زده می‌شود تا سیستم خونی او «کایمری» (ناهمسان) شود. این ایده نیز هنوز به طور کامل محقق نشده، اما نمونه‌هایی از آن در پزشکی پیوند دیده می‌شود. به‌عنوان مثال، امروزه برای کاهش رد پیوند کلیه، علاوه بر خود کلیه، مقداری سلول خونی از دهنده نیز به گیرنده پیوند زده می‌شود. این راهکار می‌تواند در آینده برای پیوند سلول‌های بنیادی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

كاربرد سلول‌های بنیادی جنینی برای تولید ساده‌تر حیوانات تراریخته

از جمله قابلیت‌های بسیار مهم سلول‌های بنیادی جنینی آن است كه برخلاف سلول‌های بنیادی بالغ، امكان تولید یك فرد كامل توسط آنها وجود دارد. البته باید توجه داشت كه این فرآیند با تكنیك همسانه‌سازی یا كلونینـگ (Cloning) كاملاً متفاوت است. به‌عبارت دیگر، با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی می‌توان حیوانات تراریخته (Transgenic) ویژه‌ای با خصوصیات مورد نظر تولید نمود.

لازم به ذكر است كه برای تولید حیوانات تراریخته، دو راه وجود دارد:

راه اول كه معمولاً متداول است، تزریق ژن مورد نظر به درون پیش‌هسته (Pronucleous) نر و انتقال سلول تخم لقاح یافته (زیگوت) به لوله رحم حیوان ماده است.

اما راه دوم كه در واقع همان استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی است، در مقایسه با روش اول بازده بسیار بالاتری داشته و روش انجام آن نیز ساده‌تر است. در این روش، ژن مورد نظر را با استفاده از پالس‌های الكتریكی یا الكتروپوریشن  (Electroporation)، به داخل سلول‌های بنیادی جنینی انتقال داده و سپس سلول‌های بنیادی تراریخته را به درون بلاستوسیست حیوان تزریق كرده و طی نسل‌های متوالی، حیوان مورد نظر را به‌ دست می‌آورند. این فرآیند كاملاً با فرآیند Embryo Cloning یا Reproductive Cloning متفاوت است؛ چرا كه در بحث كلونینگ، یك تخمك اخذ شده و پس از تخلیه هسته آن، هسته یك سلول غیرجنسی (سوماتیك) را كه از همان فرد یا فرد دیگری گرفته شده، با آن جایگزین می‌كنند.

نكته دیگر اینكه

تولید یك فرد كامل با استفاده از سلول‌های بنیادی، فقط با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی امكانپذیر است. البته می‌توان از سلول‌های بنیادی بالغ یا سلول‌های سوماتیك (غیرجنسی) بزرگسالان هم برای این منظور استفاده كرد كه در این صورت باید از روش كلونینگ استفاده نمود؛ ولی در مورد سلول‌های بنیادی جنینی نیازی به كلونینگ نیست.

 استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی برای تولید اسپرم و تخمك

سلول‌های بنیادی جنینی به واسطه ویژگی پُرتوانی بالا، قادرند به انواع مختلفی از سلولها تبدیل شوند. حتی بر اساس گزارشهای اخیر، محققان توانسته‌اند در شرایط آزمایشگاهی، با استفاده از این سلول‌ها، تخمك و اسپرم نیز تهیه كنند. این توانایی كه بتوان سلولی مانند اسپرم یا تخمك تولید نمود كه تقسیم میوز انجام داده و زایا باشد، از ارزش بسیار بالایی برخوردار است. این ایده روش بسیار ارزشمندی است كه در آینده، تحول بسیار بزرگی در درمان افراد نابارور ایجاد خواهد كرد.

در نهایت باید بدانید که…

با توانایی تقسیم و تمایز بالا، سلول‌های بنیادی قابلیت‌های منحصر به فردی در درمان و ترمیم بافت‌ها دارند. این سلول‌ها می‌توانند به انواع سلول‌های بدن تبدیل شوند و در درمان بیماری‌های نادر و مزمن، بازسازی عضو و پژوهش‌های بیولوژیکی کاربرد داشته باشند. توانایی درمانی و کمترین احتمال رد شدن توسط سیستم ایمنی، از دیگر ویژگی‌های آنها است. با استفاده از این قدرت بی‌نظیر، امیدواریم بهبود سلامت و کیفیت زندگی انسان‌ها را بهبود بخشیم.