3- حوزه‌ی دوم، مبانی سلول‌های بنیادی

3-1 سلول و تنوع سلولی

همه ما می‌دانیم که کوچکترین واحد عملکردی زنده در بدن ما، سلول بوده و هر سلول در عین استقلال با سلول‌های دیگر نیز در ارتباط است. همینطور می دانیم که انواع مختلفی از سلول‌ها در بدن ما مشغول فعالیت هستند؛ سلول‌هایی که اگرچه در ویژگی‌های ساختاری و عملکردی بسیار با هم متفاوت اند، اما همگی دارای ماده‌ی ژنتیکی یکسانی هستند. به عبارت دیگر به جز موارد خاص (مانند گلبول‌های قرمز که فاقد هسته‌اند یا گامت‌ها که فاقد کروموزوم‌های همتا هستند) همه‌ی سلول‌های بدن ما از نظر ژنتیکی کاملا مشابه بوده و 46 جفت کروموزوم دارند. حال این سوال پیش می‌آید که این همه تفاوت در ساختار و عملکرد سلول‌ها با وجود ژنتیک یکسان، از کجا نشئت می‌گیرد؟

برای پاسخ به این سوال لازم است نگاهی به ارتباط بین ژن و پروتئین بیاندازیم. همانطور که در مبحث ژنتیک گفته شد، پروتئین محصول بیان ژن است. از طرفی پروتئین‌ها مهمترین نقش‌ها را در سلول برعهده دارند و در واقع به پروتئین جهت‌دهی می‌کنند. پس می توان نتیجه گرفت آن چیزی که منجر به تفاوت و تمایز سلول‌ها می شود در واقع بیان ژن‌های آن‌هاست. به‌طور مثال در تصویر زیر، دو سلول خواهری با محتوای ژنتیکی کاملاً یکسان در سمت چپ تصویر می‌بینید. در پی بیان ژن‌های مخصوص هر نوع سلول، ویژگی‌های سلول به‌کلی تغییر می‌کند. به‌عبارتی شکل، اندازه، سازوکار و کلیه‌ی ویژگی‌های سلول در گرو بیان ژن‌هایش است که سلول را در جهت انجام وظایفش کمک می‌کند.

در بالا یک سلول عصبی(نورون) را می‌بینید که در پی بیان ژن‌های مخصوص سلول‌های عصبی، شکل کاملاً متفاوتی پیدا کرده‌است. در پایین تصویر، یک سلول پوششی(مثلاً سلول پوست) را می‌بینید که ساختاری متناسب با عملکردش دارد.

3-2 سلول‌های بنیادی چه نوع سلول هایی هستند و چرا اهمیت دارند؟

سلول‌های بنیادی سلول‌های تخصص نیافته ای هستند که شکل هیچ یک از سلول‌های بافت‌های بدن را به خود نگرفته‌اند. در واقع ژن‌های اختصاصی مربوط به هیچ یک از انواع سلول‌ها در سلول‌های بنیادی بیان نشده‌اند. این خاصیت به آن‌ها این امکان را می‌دهد که تحت شرایطی ساختار و عملکرد خاص و تخصص یافته ای پیدا کنند، بنابراین توانایی قابل توجهی در تبدیل شدن به انواع سلول‌های مختلف بدن دارند. علاوه بر این، در بسیاری از بافت‌ها به عنوان سیستم ترمیمی داخلی عمل کرده و با تقسیمات متوالی جای سلول‌های دیگر را مادامی که فرد زنده است، پر می کنند. هنگامی که یک سلول بنیادی تقسیم می شود هر یک از سلول‌های حاصل تقسیم توانایی حفظ ماهیت خود به عنوان یک سلول بنیادی و یا تبدیل شدن به نوع دیگری از سلول‌ها با وظایف تخصص یافته تری را دارند؛ مانند سلول‌های ماهیچه ای، گلبول‌های قرمز و یا سلول‌های مغز.

وجه تمایز سلول‌های بنیادی با سایر سلول‌ها داشتن دو ویژگی منحصر به فرد است:

  1. این سلول‌ها تخصص نیافته بوده و توانایی خودنوزایی با تقسیم سلولی را دارند، حتی در صورتی که مدت زمان زیادی غیرفعال باشند.
  2. در شرایط خاص فیزیولوژیک یا شرایط آزمایشگاهی، میتوان این سلول‌ها را در جهت تبدیل شدن به سلول‌های متعلق به یک بافت و یا اندام با وظایف خاص تحریک کرد.

بسیاری از متخصصان و دانشمندان در باره‌ی پتانسیل سلول‌های بنیادی بر این باورند که این سلول‌ها نقش بسیار مهمی در درمان بیماری‌ها تا چند دهه‌ی آینده خواهند داشت.

مهم‌ترین ویژگی سلول‌های بنیادی خودنوزایی و قابلیت تمایز است. اکنون با این دو خاصیت بیشتر آشنا می‌شویم.

3-3 خودنوزایی[1]

خودنوزایی فرایندی است که طی آن سلول‌های بنیادی به منظور تولید سلول‌های بنیادی جدید تقسیم می شوند. بدین ترتیب سلول بنیادی قادر است خود را برای مدت طولانی بازتولید کند و  سلول‌های حاصل این تقسیمات مانند سلول مادر فاقد تمایز بوده و غیر اختصاصی‌اند. این سلول‌ها توانایی تکثیر و تقسیم مداوم داشته و از این نظر محدودیتی ندارند. این تقسیمات و در واقع غیر اختصاصی «ماندن» سلول‌های حاصل تقسیم در گرو عوامل کنترل‌کننده‌ی چرخه‌ی سلولی است. مکانیسم‌های درون سلولی [2]با تغییر در پیغام‌های برون سلولی [3]مرتبط با محیط زندگی سلول تنظیم می شوند؛ محیط زندگی سلول همان ریزمحیطی است که سلول‌های بنیادی را در برگرفته و تنظیم‌کننده‌ی نقش آن‌ها در بافت است. در پاسخ به هر گونه تغییر در نیازهای بافت، سلول‌های بنیادی متحمل تغییراتی در چرخه‌ی سلولی خود می شوند، به نحوی که برنامه‌ی خودنوزایی متفاوتی را در طول زندگی خود تجربه می‌کنند. سلول‌های حاصل این گونه تقسیم دیگر همه‌ی  ویژگی‌های سلول مادر را نخواهد داشت.

[1] Self-regeneration

[2] cell-intrinsic mechanisms

[3] cell-extrinsic signals

در سمت چپ تصویر، یک سلول بنیادی را می‌بینیم که با به‌‌صورت معمول تقسیم شده و دو سلول بنیادی کاملاً یکسان ایجاد کرده‌است. در سمت راست، تقسیم سلول بنیادی به‌طور متقارن و معمول انجام نشده و سلول‌های حاصل متفاوت اند. یکی از سلول‌ها دچار فرآیند تمایز شده که در ادامه با آن آشنا می‌شویم.

سلول‌های بنیادی در بعضی از اندام‌ها مانند روده و مغز استخوان با تقسیمات مداوم جایگزین بافت‌های فرسوده و از دست رفته شده، آن‌ها را ترمیم می کنند. اما در سایر اندام ها، همچون پانکراس و قلب، سلول‌های بنیادی در شرایط خاصی تقسیم می شوند.

3-4 تمایز [1]

سلول بنیادی مادر تمام سلول‌ها است و توانایی تبدیل شدن به تمام سلول‌های بدن را دارد. به فرایندی که طی آن سلول بنیادی تخصص نیافته به سلول تخصص یافته تبدیل می شود، تمایز می گویند. سلول معمولاً چندین مرحله را حین فرایند تمایز طی می‌کند و در هر مرحله تخصصی تر می شود. پژوهشگران اخیراً شروع به بررسی سیگنال ها( پیام ها)ی  درون سلولی و خارج سلولی دخیل در شروع این فرایند کرده اند، پیام هایی که هر یک از مراحل تمایز را راه اندازی می کنند. سیگنال‌های درونی تحت کنترل ژن‌های هر سلول هستند، قطعاتی از DNA که مجموعه‌ی اطلاعات مربوط به ساختار و عملکرد هر سلول ،مانند یک کارت حافظه، در آن‌ها دخیره شده است. سیگنال‌های خارج سلولی برای راه اندازی تمایز، شامل مولکول‌های شیمیایی ترشح شده از سایر سلول ها، برخورد فیزیکی با سلول‌های همسایه و مولکول‌های خاصی است که در محیط اطراف سلولپراکنده‌اند (اصطلاحاً همان ریزمحیط). برهمکنش میان این سیگنال‌ها در طول فرایند تمایز، منجر به خاص و محدود شدن بیان ژن شده و در نهایت بر تقسیم سلولی اثر گذار است.

[1] differentiation

این تصویر دو فرآیند خودنوزایی و تمایز را در کنار هم تشان می‌دهد. در پایین تصویر، سلول بنیادی به تولید سلول‌هایی منجر شده که برخلاف خود سلول مادر، تمایزیافته و دارای ویژگی‌های منحصر به‌فرد هستند.

 در هر جاندار پرسلولی، به مجموعه‌ی سلول‌های بدن به جز سلول‌های جنسی(گامت)، سلول‌های سوماتیک می‌گویند.

3-5 انواع سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی بر اساس دو ویژگی توان تمایزپذیری و برگشت‌پذیری به سه گروه تقسیم می‌شوند:

3-5-1 سلول‌های بنیادی پرتوان[1]

سلول‏های بنیادی پرتوان تمام قابلیت‏های سلول‏های بنیادی جنینی از جمله توانایی تولید یک جاندار کامل را دارند. سلول‌های جنینی همان سلول‌های بنیادی پرتوان هستند که قابلیت تبدیل شدن به انواع سلول‌های بدن را دارند و تحت شرایط خاص قادرند یک وجود جدید را بسازند، اما نمی توانند به سلول‌های جفت تبدیل شوند. سلول‌های زاینده‌ی جنینی[2] در ابتدای دوره‌ی جنینی با تمایز خود سه لایه‌ی جنینی )اکتودرم یا لایه‌ی بیرونی، مزودرم یا لایه‌ی میانی و اندودرم یا لایه‌ی درونی ) را به وجود می آورند. همه‌ی بافت‌ها و اندام‌های نوزاد در مراحل بعدی تکامل جنین، از این سه لایه نشئت می‌گیرند.

[1] pluripotent

[2] Embryonic Germ cells

3-5-2 سلول‌های بنیادی همه توان[1]

این دسته قادر است همه‌ی سلول‌ها (سلول‌های فرد و سلول‌های جفت) را بسازند که این ویژگی آن‌ها را برای درمان سلول‌ها و ژن‌ها و همچنین مهندسی بافت برای پیوند و جایگزینی سلول‌های بیمار ایده آل می‌کند.

[1] Totipotent

سلول‌های بنیادی همه‌توان را از جنین سه الی چهار روزه به‌دست می‌آورند.

3-5-3 سلول‌های بنیادی چند توان [1]

سلول‌های بنیادی چند توان شامل انواع زیادی از سلول‌ها هستند که اصطلاحاً آن‌ها سلول‌های بنیادی بالغ نامیده می شوند؛ مانند سلول‌های بنیادی خونساز و سلول‌های بنیادی عصبی. همانند سایر سلول‌های بنیادی ویژگیهای اصلی را دارند اما تعداد محدودتری از سلول‌ها را ایجاد می کنند و خودشان نیز از تعداد کمتری نسبت به سایرین برخوردار هستند.

[1] multipotent

 

کمترین سطح تمایز مربوط به سلول‌های بنیادی همه‌توان است که جنین و جفت را تشکیل می‌دهند. بدین ترتیب از بالا به پایین سلول‌ها تمایزیافته‌تر می‌شوند و در پایین تصویر سلول‌های سوماتیک را مشاهده می‌کنید که کاملاً تخصص یافته و بالغ شده‌اند. (بلوغ سلولی به معنای آمادگی برای انجام وظایف است)

مغز استخوان حاوی سلول‌های بنیادی چندتوان است که باعث ایجاد انواع سلول‌های خون (گلبول‌های سفید، گلبول‌های قرمز، پلاکت ها) می‌شود.

سلول بنیادی چندتوان در مغز استخوان دو نوع سلول به‌نام سلول میلوئیدی و سلول لنفوئیدی تولید می‌کند. سلول‌های لنفوئیدی در نهایت لنفوئیدها را تولید می‌کنند. سلول‌های میلوئیدی نیز به تولید پلاکت، مونوسیت، نوتروفیل، ائوزینوفیل و بازوفیل منجر می‌شوند.

3-5-4 سلول‌های بنیادی تک توان[1]

این گروه از سلول‌ها همانطور که از نامشان پیداست تنها قادر به ایجاد یک نوع سلول هستند.

[1] unipotent

سلول بنیادی تک توان، خود محصول یک سلول بنیادی چند توان است.

3-6 جایگاه سلول‌های بنیادی در پزشکی

بسیاری از متخصصان و دانشمندان درباره‌ی پتانسیل سلول‌های بنیادی بر این باورند که این سلول‌ها نقش بسیار مهمی در درمان بیماری‌ها تا چند دهه‌ی آینده خواهند داشت.

سلول‌های بنیادی به‌طور کلی با سه مکانیسم بر پزشکی تاثیر می گذارند؛ درمان‌های وابسته به سلول، کشف داروهای نوین و ارتقای دانش پایه ای پیرامون سلول و مکانیسم‌های سلولی. سلول درمانی ممکن است سلول‌های بنیادی و یا سلول‌های حاصل از سلول‌های بنیادی را به منظور ترمیم و جایگزینی بافت آسیب دیده به کار گیرد.

از سلول‌های بنیادی جنینی می توان برای تولید بافت‌های تخصص یافته ای که در پی بیماری یا جراحات آسیب دیده اند، بهره گرفت. همچنین سلول‌های بنیادی می توانند مستقیماً در بافت هایی که به‌طور مداوم و مکرر جایگزین می شوند، مانند خون و پوست جایگزین شوند.

پژوهشگران در صدد یافتن راه هایی برای استفاده از سلول‌های بنیادی در درمان بیماری هایی نظیر دیابت و پارکینسون، جراحات ستون فقرات، نارسایی‌های قلبی و نابینایی و ناشنوایی هستند.

در این تصویر، سلول‌های خونی فرد استخراج شده و طی فرایندی بازگشتی، تمایز زدایی [1]شده اند. درنتیجه سلول‌های بنیادی در محیط آزمایشگاه تولید شده و مجدداً با هدف ترمیم به بدن شخص منتقل می‌شوند.

[1] dedifferentiation

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید