سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی سلول‌های اولیه‌ای هستند که توانائی تبدیل و تمایز به انواع مختلف سلول‌های انسانی را دارند و از آنها می‌توان در تولید سلول‌ها و نهایتا بافت‌های مختلف در بدن انسان استفاده کرد .

منابع اصلی سلول‌های بنیادی شامل : مغز استخوان، بند ناف و جفت می‌باشد . امروزه استفاده از این سلول‌ها جهت ترمیم بافتهای آسیب دیده انسانی در حال گسترش است .

جالب اینکه سلول‌های بنیادی چند پتانسیلی هستند یعنی قابلیت تبدیل به بافت‌های مختلف را دارند اعم از بافت عصبی ؛ عضلانی ؛ پوششی و غیره. که این توانائی محور اصلی توجه به سلول‌های بنیادی است.

مزیت اصلی سلول‌های بنیادی بند ناف این است که بسیار اولیه بوده و توان تمایز بالایی دارند.همچنین سلول‌های مشتق از مغز استخوان ( BMSCs ) توان تمایز بالایی دارند.

 کاربردهای سلول‌های بنیادی

• بیماران قلبی:

توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به‌سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کننده سیستم ایمنی، از روش پیوند سلول‌های بندناف به‌عنوان یک روش کمکی استفاده کرد. بر این اساس، این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونه

• بیماران کبدی:

پیوند سلول‌های بنیادی علاوه بر بیماران قلبی در سایر بیماران نیز نتایج خوبی را نشان داده است. برای مثال، در حال حاضر اگر بیماری دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است برای جلوگیری از انتشار سرطان (متاستاز) به بخش‌های دیگر بدن، بخش سرطانی کبد را نابود کند. برای این منظور معمولاً طی دو عمل جراحی هم‌زمان، خون ناحیه سرطانی کبد را قطع می‌کنند تا بافت*

 استفاده سلول های بنیادی در cloning

یک دودمان سلول بنیادی جمعیتی از سلول ها است که مستمرا تقسیم شده و از بافت های انسان یا دیگر موجودات بدست می آید . محققین برای اهداف درمانی و پژوهشی از سلول های بنیادی جنینی و بالغ استفاده می کنند . Totipotent: این سلول ها توانایی تولید تمام سلول های مورد نیاز یک موجود زنده را داشته و عاقبت آنها مشخص نیست و بر اساس نیاز ، توانایی تبدیل شدن به هر دارند.

3-تماس سلول- سلول باعث متعهد بودن یک سلول بنیادین در لانه گزینی و رشد و تکثیر آن می مامع بیان ژن می گردد. تحت شرایط نوترکیبی به واسطه cre توالی خاتمه خارج شده و بیان ژن دوباره فعال می گردد. مدل سازی بیماری ها: توانایی ایجاد جهش های جایگاه خاص و ناک اوت کامل ژنها توسط gene targeting منجر به تولید موشهای مدل برای انواع بیماری ها از جمله بیماریهای عصبی و متابولیک و خونی شده است. یک مثال مربوط به آلزایمر می باشد که حداقل بر اثر جهش در 4 ژن ایجاد می شود . افزایش دز ژن و جهش در پروتئین پیش ساز بتا آمیلوئید (APP) با آلزایمر در ارتباط بوده جهش در زن آپولیپوپروتئین E نیز با ریسک افزایش یافته و کاهش سن شروع بیماری در ارتباط است. امروزه توسط gene targeting در سلول هایES مدل های موشی ایجاد شده اند که حاوی یک جهش نقطه ای در ژن APP و یا ژن ApoE ناک اوت شده می باشند. به کمک BAC و یستم های نوترکیبی جایگاه خاص مثل cre/Lox P مدل هایی برای جابه جایی های کروموزومی برای سرطانهای خاص ایجاد کرده اند. رد یابی دودمانها :همانطور که ذکر شد یک استفاده تکنولوزیgene targetiung قرار دادن یک ژن گزارشگر تحت کنترل یک پروموتر اندوژن برای مطالعه الگوی بیان ان ژن می باشد(knock in) . به کمک این تکنیک امکان رد یابی دودمانها یا انجام fate mapping توسط دستکاری ژنتیکی را فراهم آورده است . در این سیستم یک ریکامبیناز جایگاه خاص مثل cre تحت کنترل پروموتر خاصی در دودمان یا cell type خاصی قرار می گیرد. موشهای تهیه شده توسط این سلول های ES می توانند با موش های دارای یک ژن گزارشگر همراه با یک توالی خاتمه کراس داده شوند. بیان cre در سلول های خاص دودمان که بر اثر نوترکیبی بین جایگاههای LoxP ، برداشت توالی خاتمه و بیان ژن گزارشگر می باشد ، انجام می گیرد . بنابر این تمام اولاد سلول های اولیه بیان کننده cre با ژن گزارشگر نشاندار می شوند . بدین ترتیب می توان سرنوشت اخلاف سلول های مختلف را طی تکوین دنبال نمود

سلول های جنین های کلون شده موقعیت جدیدی برای مطالعه بیماری هایی که ژن آنها شناخته نشده است ایجاد می کند . بیماری motor neuron disease(بیماری نورون های حرکتی ) یکی از این موارد است . تخریب نورون های حرکتی علت عمده این بیماری کشنده می باشد اما علت دقیق بیماری به درستی شناخته نشده است . چندین فاکتور ژنتیکی و محیطی به نظر می رسد که در این بیماری نقس داشته باشند گرچه علت تخریب نورون ها شناخته نشده است . اکثر موارد این بیماری sporadic می باشند اما 5-10 % وراثتی اند . در میان این موارد خانوادگی جهش های ژن سوپر اکسید دیس موتاز (SOD 1) مسئول تقریباً 20 % موارد می باشد و آنالیز ژنتیکی نشان می دهد که حداقل 4 ژن دیگر هنوز در رابطه با این بیماری شناخته نشده اند . در ابتدا گمان می رفت که علت این بیماری کاهش عملکرد ژن باشد اما این گمان به نظر نمی آید که صحیح باشد . موش هایی که در آنها ژن SOD 1 اندوژن حذف شده دچار بیماری نورون های حرکتی نمی شوند در حالی که موش هایی که اشکال موتان ژن انسانی را بیان می کنند دچار فلج می گردند . چون موش ترانس ژنی که ژن انسانی را حمل می کند دو نسخه ژن خودش را نیز دار است ، این مشاهده نشان می دهد که تأثیر جهش به خاطر اثر سیتوتوکسیک یک پروتئین غیر طبیعی است و نه به خاطر نبود عملکرد پروتئین . چندین منبع سلولی جدید دارای بیماری وجود دارد که آشکار می کنند این پروتئین چگونه باعث تخریب نورون ها می شود . اگر غربال ژنتیکی پیش از کاشت جنین در مورد مواردی که موتاسیون ها شناخته شده اند انجام گیرد ، سلول های بنیادی جنینی حاوی جهش را می توان از جنین بدست آورد . متناوبا ، جهش های شناخته شده را می توان به سلول های بنیادی جنین وارد کرد (جنینی که فاقد بیماری است) . در نتیجه سلول های دارای بیماری نورون های حرکتی با دودمان اولیه متفاوت خواهند بود . هر چند این روش ها فقط در مواردی در دسترس می باشند که جهش شناخته شده باشد (تقریباً 2% موارد ) . در 8 % از موارد ، حالت بیماری وراثتی است اما ژن آن کشف نشده است و SCNT در این موارد فرصت های جدیدی ایجاد می کند . روش های مختلفی برای استخراج انواع سلول های خاص از دودمانهای سلول های بنیادی ابداع شده ، گرچه در اکثر موارد هنوز عملکرد نرمال آنها پس از انتقال به بدن تائید نشده است . در هر رژیم درمانی ، باید از دفع ایمنولوژیکی سلول های پیوند شده جلوگیری کرد اما پاسخ ایمنی احتمالاً در بیماری های مختلف متفاوت است . سلول های جنین های کلون شده ، در شرایطی مثل بیماری های قلبی عروقی که در انها دفع ایمنی می تواند توسط پیوند سلول های سازگار از نظر ایمونولوژی جلوگیری شود ، بسیار با ارزش است . بیماری های دیگری که به عنوان کاندیدا های مناسبی برای سلول درمانی می باشند بیماری های خود ایمنی شامل دیابت نوع 1 می باشند . در مورد این بیماری ها انتقال سلول های مشابه ار نظر ایمنی به فرد بیمار ، موجب دفع سلول ها می گردد . سلول های بنیادی ، سلول هایی هستند که واقعا می توانند به هر کدام از 200 نوع سلول بدن انسان تبدیل شوند . برای انجام این نوع درمان دو چالش در پیش رو وجود دارد : 1- وادار کردن سلول های بنیادی به تبدیل شدن به سلول مورد نظر 2- وادار کردن بدن به پذیرفتن آنها . اولین مشکل در مورد استفاده از سلول های بنیادی منبع به دست آوردن آنها است . هر کسی دارای سلول های بنیادی می باشد ، مثلاً در مغز استخوان ، اما در کودکان و بالغین این سلول ها قبلا کمی تخصصی شده اند . بسیاری از محققین شک دارند که آیا این سلول ها می توانند به انواع سلول های مورد نیاز تبدیل شوند یا خیر . بنابراین در انجام تحقیقات و معالجات از سلول های بنیادی جنینی استفاده می شود که هنوز تخصصی نشده اند . امروزه اکثر سلول های بنیادی را از جنین های IVF و یا سقط شده به دست می آورند . در مورد IVF ، یک جنین 5 روزه –بلاستولا – در رحم یک زن کاشته می شود و 9 ماه بعد یک نوزاد متولد خواهد شد . جنین های اضافی برای موارد عدم موفقیت یا حاملگی های بعدی نگه دارای می شوند . برای تهیه سلول های بنیادی های جنینی برای تحقیق ، بعضی از سلول های بلاستولا های اضافی را خارج می کنند و در ظروف مجزا برای رشد ، کشت می دهند . برای تبدیل این سلول ها به دودمانهای سلولی بنیادی دائمی ( دارای عمر طولانی ) سلول ها با فاکتور های رشد خاصی تغذیه می شوند . بلاستولا ها در این عملیات از بین خواهند رفت . در دیابت نوع 1 ، به کمک تولید سلول های پانکراس به دنبال روشی برای جایگزین کردن سلول های سازنده انسولین از دست رفته می گردیم . هدف از این نوع درمان جلوگیری از تزریق دائم انسولین و جلوگیری از مشکلاتی است که بعدا زندگی بیماران را تهدید می کنند . در یکی از تحقیقات سلول های بنیادی جنینی موش را وادار به تبدیل شدن به سلول های تولید کننده انسولین کرده اند اما از این سلول ها نمی توان برای انسان استفاده کرد . در یک سری آزمایشات که در اسرائیل انجام گرفته اند توانسته اند به موش هایی که سیستم ایمنی انها توسط دستکاری ژنتیکی مهار شده ، سلول های بتای کلون شده پانکراس را پیوند دهند ، ولی در انسان نمی توان این کار را انجام داد و همچنین یکی از اهداف این نوع درمان جلوگیری از رد پیوند است زیرا دارو های سرکوبگر ایمنی اثرات نامطلوبی مثل ناهنجاری کلیوی و افزایش خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می کنند . در یکی از پژوهش ها تلاش شده تا سلول های بنیادی را در حالی که توسط کپسولی احاطه شده اند به بدن وارد کنند تا مانع دفع ایمنی گردند . در درمان به کمک سلول های بنیادی برای جلوگیری از دفع بافت از هسته سلول های فرد بیمار استفاده می شود . دانشمندی به نام Skorecki در صدد است تا شکل تغییر یافته ای از این تکنیک را مورد استفاده قرار دهد و از ترکیب مهندسی ژنتیک و کلونینگ استفاده کند . او معتقد است که انجام therapeutic cloning برای هر بیمار به کمک سلول های خودی بسیار گران و غیر عملی است . در این روش قرار است سلول های بنیادی بالغ کلون شده را طوری تغییر ژنتیکی دهند که توسط سیستم ایمنی دفع نگردند و برای درمان هر بیماری می توان از این سلول ها استفاده کرد . تا کنون توانسته اند سلول های بنیادی انسان را به سلول های خون ، عصبی و سلول های بتای پانکراس تبدیل کنند . اما اگر بر مشکل دفع پیوند هم غلبه شود سوالی که باقی می ماند این است که آیا سلول های پیوند شده در بدن عملکرد نرمال خواهند داشت یا نه ؟ مثلاً در این مورد در استرالیا سلول های عصبی تولید شده اند و به مغز نوزاد موش پیوند شده اند و عملکرد طبیعی داشته اند . اما هنوز هم قطعیت این موضوع در انسان و یا بیماری های دیگر مشخص نشده است . یکی از کاربرد هایSCNT جلوگیری از انتقال بیماری از والدین به نسل بعد می باشد ( بیماری هایی که بر اثر جهش یا ناهنجاری ژنوم هسته ای نمی باشند مثلاً بیماری های میتوکندریایی) . میتوکندری های اسپرم به فرزند منتقل نمی شوند بنابراین بیماری های میتوکندریایی فقط از مادر به فرزند منتقل می شوند . برای جلوگیری از این بیماری ها می توان هسته یکی از سلول های یک جنین مبتلا به بیماری میتوکندریایی را خارج کرده و به سیتوپلاسم یک تخمک سالم منتقل کرد و این تخمک سالم را در رحم مادر کاشت. در یکی از آزمایشات انجام شده ، سلول های بنیادی جنینی به مغز موشهای تازه متولد شده ای که از بیماری مشابه با multiple sclerosis رنج می بردند تزریق شدند . این موشها فاقد سلول های تولید کننده غلاف میلین بودند. سلول های تزریق شده به تمام مناطق مغز این موشها مهاجرت کرده و خود را به انواع سلول های از دست رفته تبدیل کردند و با جایگزین شدن سلول های تولید کننده غلاف میلین ، روند بیماری متوقف شد و بسیاری از موش ها به طور کامل بهبود یافتند . با دستکاری ژنتیکی در سلول های بنیادی می توان سلول های مقاوم به عوامل سرطان زا ، عوامل دارویی و ....... را انتخاب و جدا سازی نمود . به طوری که با وارد کردن ژن متیل گوانین متیل ترانسفر از (دارای نقش در ترمیم DNA) در سلول های بنیادی ، این سلول ها در in vitro به اثرات سمیت سلولی و ژنتیکی مواد سمی مانند Bis Cloro-ethyl nitrosurea (BCNU) و O4 Benzyl Guanin (O4BG) مقاوم شده و سپس با وارد کردن این سلول ها به موجود زنده و تیمار آن با این دارو ها سایر سلول ها حذف و سلول های مقاوم به این مواد شیمیایی انتخاب و تکثیر می شوند. سلولهای بنیادی پوششی بالغ در بین کراتینو سیت های غشاء پایه پوست دیده می شوند . این سلول ها باعث تولید سلول های جدید جهت ترمیم بافت سطحی پوست می شوند. سلول های بنیادی پوششی در تولید بافت پوست تولید شده به روش مهندسی بافت کاربرد داشته و این فرآورده ها امروزه کاربرد های کلینیکی متفاوتی از قبیل بانک پوست ، ترمیم سوختگی ها و ...... دارند. همچنین سلول های بنیادی پوست باعث تولید پوشت مصنوعی و پیوندی جهت درمان زخم ها و بیماری هایی از قبیل vitteligo می شوند.

-خصوصیات مشترک سلول های بنیادی:

متن عنوان

سلول های بنیادی با دیگر انواع سلول ها در بدن متفاوت هستند.همه این ها صرف نظر از منبع آن ها دارای 3 ویژگی مشترک هستند. 1-قدرت تقسیم و نوسازی خود برای مدت طولانی 2-عدم تخصصی بودن برای بافت خاصی 3-قدرت تبدیل شدن به سلول های تخصصی دانشمندان در حال تلاش برای رسیدن به 2 پاسخ اساسی در زمینه قدرت بالای نوسازی در زمان طولانی در این سلول ها می باشند که عبارتند از : 1-چرا سلول های بنیادی گرفته شده از یک جنین می توانند برای یک سال یا بیشتر در محیط آزمایشگاه به صورت غیر تمایز یافته تقسیم شوند اما سلول های بنیادی بزرگسالان این ویژگی را ندارد؟ 2-فاکتورهای طبیعی در بافت های زنده که به صورت طبیعی" تقسیم شدن" و "خود نوسازی" را در این سلول ها تنظیم می کنند کدامند؟ یافتن پاسخ های این سوالات ممکن است این امکان را به وجود بیاورد که بفهمیم چگونه سلول ها در جریان رشد جنین طبیعی normal embryonic development) ( و یا در جریان یک تقسیم سلول غیر طبیعی که منجر به سرطان می شود تقسیم می شوند.این ها به دانشمندان این توانایی را می دهند که بتوانند در محیط آزمایشگاه سلول های بنیادی جنینی و بزرگسالی را به صورت موثرتری کشت بدهند. Stem cells سلول های غیر تخصصی هستند و این به این معناست که این سلول ها هیچ یک از ساختارهای تخصصی یک بافت بخصوص را ندارند ، چیزی که اجازه انجام کارهای تخصصی را به آن ها می دهد.برای مثال یک stem cell نمی تواند با سلول های همسایه اش جهت پمپ کردن مایعات همکاری کند،چیزی که در سلول های قلبی اتفاق می افتد.همچنین یک stem cell ساختارهای مخصوص برای حمل اکسیژن را ندارد پدیده ای که به وسیله گویچه های قرمز خون انجام می گیرد. همچنین یک stem cell قادر به شلیک سیگنال های الکتروشیمیایی به سایر سلول ها نیست چیزی که در سلول های عصبی اتفاق می افتد.با این وجود یک سلول تخصص نیافته بنیادی فادر است به یک سلول تخصصی عضله قلب یا سلول خونی ((blood cell و یا سلول عصبی (nerve cell) تبدیل شود. stem cell قادربه تقسیم شدن (dividing) ونوسازی خودشان برای مدت طولانی هستند.پدیده ای که در سلول های عضلانی، و خونی و یا عصبی به صورت طبیعی دیده نمی شود.در واقع سلول های عضلانی و خونی و یا عصبی به طور طبیعی قادر به تکثیر خودشان نیستند.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 کنند می تواند میلیون ها 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. یکی از نکات مورد توجه دانشمندان فاکتورها و عوامل و شرایطی است که منجر می شود سلول های بنیادی به صورت غیر تخصصی unspecialized باقی بمانند. کشت این سلول ها در محیط آزمایشگاهی بدون اینکه این ها به سلول های تخصصی تمایز پیدا کنند ، مدت ها زمان برد ودر طی آن مطالعات و اشتباهات زیادی اتفاق افتاد. برای مثال حدود 20 سال طول کشید تا اموختند که چگونه "سلول های بنیادی جنینی انسانی" را در ازمایشگاه کشت بدهند و این امر خود به دنبال توسعه و پیشرفت شرایط برای رشد "سلول های بنیادی موشی" اتفاق افتاد. یکی دیگر از جنبه های مهم تحقیقات در این زمینه یافتن سیگنال های داده شده به این سلول ها در یک بافت بالغ بود که منجر به proliferation این سلول ها و عدم تمایز آن ها می شد تا زمانی که برای ترمیم یک بافت بالغ به آن ها نیازی نباشد. این نتایج در این نظر برای دانشمندان مهم بود که آن ها را قادر می ساخت تا این سلول ها را به میزان زیادی و به صورت unspecialized به منظور تحقیقات بیشتر در محیط آزمایشگاه تکثیر کنند. سلول های بنیادی قادر به تبدیل شدن به سلول های تخصصی هستند: فرایندی را که در آن سلول های غیرتخصصی به سلول های تخصصی یک بافت خاص تبدیل می شوند را تمایز diffrentiation می نامند. این پدیده تحت تاثیر signals داخلی و خارجی قرار می گیرد که بخش مهمی از تحقیقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است. Internal signals آن دسته از علائمی هستند که توسط ژن ها کنترل می شود.در واقع به اطلاعاتی گفته می شود که خصوصیات و عملکردی و ساختاری یک سلول رابا کد کردن اطلاعات لازم در یک زنجیره DNA تعیین می کند. اما منظور از external signals علامت هایی است که منشا خارج سلولی دارند و شامل مواد شیمیایی ترشح شده، تماس فیزیکی با سلول های مجاور و مولکول های مخصوص در محیط میکروسکپی اطراف سلول می باشند.(microenviroment) بنابراین سوالات زیادی در مورد تمایز سلول ها بنیادی باقی ماند: آیا سیگنال های داده شده برای تمایز سلول های بنیادی برای همه انواع این سلول ها یکسان و شبیه به هم هستند؟ و آیا می توان با تنظیم این signals تمایز سلول را در یک مسیر معین به پیش راند؟ یافتن پاسخ این سوالات بسیار مهم است و می تواند دانشمندان را به سمت راهی هدایت کند تا بتوانند رشد و تمایز این سلول ها را در محیط آزمایشگاه کترل کنند.و به وسیله آن بتوانند راه های جدیدی برای استفاده از" سلول های در حال رشد" و یا بافت ها به منظور اهداف سلول درمانی (cell-based therapy) دست یابند. سلول های بنیادی بزرگسالی که در اندام های افراد بعد از تولد وجود دارند تمایل دارند که به سلول های متعلق به همان بافتی که در آن قرار دارند تبدیل شوند.به عبارتی سلول های خون ساز موجود در مغز قرمز استخوان که به نام سلول های بنیادی خونساز (hematopoietic stem cells) مشهور هستند تمایل دارند تا به سلول های گلبول قرمز، گلبول سقید و پلاکت ها تبدیل شوند.در سال های اخیر تحقیقات زیادی در مورد امکان تبدیل سلول بنیادی مخصوص یک بافت یه سلول های تخصصی یک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . این فرایند را در اصطلاح plasticity می نامند.برای مثال تبدیل سلول های بنیادی مغز استخوان به نورون ها و یا تبدیل سلول های بنیادی کبدی به سلول های تولید کننده انسولین و یا تبدیل سلول های خون ساز به سلول های عضله قلبی. بنابراین امکان استفاده از سلول های بنیادی بزرگسالی adult stem cells به منظور سلول درمانی cell-based therapy یکی از مهم ترین مباحث تحقیقات جهان پزشکی را به خود اختصاص داده است.

منبع: http://www.govashir.com/medicine/archives/001891.html امیرحسین کاردوست