سلول های بنیادی چیست

سلول های بنیادی چیست

بعضی بافتهای بدن نظیر خون، پوست و لوله گوارش دارای چرخه بازسازی سریعی هستند و در هر روز ممکن است چندین سلول جدید بسازند. به عنوان مثال یک مرد متوسط با وزن 70 کیلوگرم در هر روز 1011×2 سلول خونی می سازد. همچنین روزانه میلیونها سلول پوستی و گوارشی ساخته می شود. سلولهای بنیادی سلول‌هایی هستند که قادر به همانندسازی خود هستند و نیز می توانند طی فرایند تمایز به یک یا انواعی از سلولهای بالغ تبدیل شوند.

به طور کلی سلول‌های بنیادی به سه دسته تقسیم می‌شوند:

 سلول‌های بنیادی بزرگسال (Adult stem cells)،

 سلول‌های بنیادی جنینی (Embryonic stem cells)

سلول‌های بنیادی بند ناف (Umbilical cord stem cells).

 سلول‌های بنیادی بزرگسال مانند همه سلولهای بنیادی دیگر دو ویژگی مشترک دارند؛ اول اینکه قادر به ساخت کپی های خود به مدت طولانی می باشند و دوم اینکه می توانند به سلولهای بالغی با خصوصیات مورفولوژیک شناخته شده و با عملکرد اختصاصی تبدیل شوند.

ین سلولها قادر نیستند به همه نوع سلول تمایز پیدا کنند بلکه تنها قادرند به سلولهای بالغ همان بافتی که در آن هستند تبدیل شوند (مثلا سلولهای بنیادی مغز استخوان که به سلولهای خونی تبدیل می شوند). سلولهای بنیادی بزرگسال بسیار کم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها یک سلول از نوع سلولهای بنیادی است. منشا و چگونگی شکل گیری این سلولها به طور دقیق مشخص نیست و فرضیات مختلفی برای آن مطرح شده است از جمله اینکه این سلولها در هنگام تمایز جدا از بقیه مانده و تمایز نیافته اند. امروزه سلولهای بنیادی از بافتهای مختلفی از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غیره جدا شده‌اند.

 نام سلولهای بنیادی جنینی (رویانی) از منشا آنها یعنی رویان گرفته شده است. در واقع این سلولها از یکی از مراحل ابتدایی تشکیل و توسعه جنین بنام مرحله بلاستوسیتی گرفته می شوند. به طور اختصاصی سلولهای بنیادی جنینی از توده سلولی درونی بلاستوسیت در مرحله پیش از لانه گزینی در دیواره رحم به دست می آیند. این سلولها هم قادر به همانندسازی خود هستند و هم قادرند به انواعی از سلولهای مختلف تمایز یابند.

 سلول بنیادی مادر تمام سلول‌ها است و توانایی تبدیل به تمام سلول‌های بدن را دارد. این سلول‌ها توانایی خود نوسازی (Self Renewing) و تمایز (Differentiating)  به انواع سلول‌ها از جمله سلول‌های خونی، قلبی، عصبی و غضروفی را دارند. هم چنین در بازسازی و ترمیم بافت‌های مختلف بدن بدنبال آسیب و جراحت موثر بوده و می‌توانند به درون بافت‌های آسیب دیده‌ای که بخش عمده سلول‌های آنها از بین رفته است، پیوند زده‌شوند و جایگزین سلول‌های آسیب دیده شده و به ترمیم و رفع نقص در آن بافت بپردازند.
به دلیل توانایی منحصر به فرد سلول‌های بنیادی، این سلول‌ها امروزه از مباحث جذاب در زیست شناسی و علوم درمانی است. هم چنین تحقیقات در این زمینه دانش ما را درباره چگونگی رشد و تکوین یک اندام از یک سلول منفرد افزایش داده و مهم تر آنکه به فهم مکانیزم جایگزینی سلول‌های سالم با سلول‌های آسیب دیده کمک کرده است.

سلول‌های بنیادی جنینی
از توده سلولی داخلی جنین 16-14 روزه گرفته می‌شود و قادر است تمام سلول‌ها و بافت‌های یک فرد کامل را بسازد.

سلول‌های بنیادی بالغ
به سلول‌هایی که پس از تولد از بافت‌های مختلف فرد بالغ جدا می‌شوند، گفته می‌شود. سلول‌های بنیادی خون ساز مستقر در مغز استخوان، مغز، کبد و سایر بافت‌ها از این دسته هستند که قدرت تمایز به برخی از بافت‌ها را دارند.

سلول‌های بنیادی خون بندناف
از بندناف استخراج شده و همانند سلول‌های بنیادی خون ساز مغز استخوان هستند.

توانایی تمایز یاخته‌های بنیادی
یاخته‌های بنیادی را می‌توان بر اساس توانایی تمایز و تبدیل آن‌ها به یاخته‌های دیگر به چهار دستهٔ یاختهٔ بنیادی تمام‌توان، پرتوان، چندتوان و تک‌توان تقسیم کرد:

«تمام‌توان» یا totipotent: به سلول تخمک و سلول‌های جنین در مرحله ۴ سلولی و ۸ سلولی گفته می‌شود که می‌توانند تمام بافت‌های بدن و همچنین پرده‌های آمنیون (درون شامه) و کوریون (برون شامه) و جفت را ایجاد کنند. این یاخته‌ها را می‌توان از جنین‌های چهار یا پنج روزه حاصل از تخمک‌هایی که با روش‌های آزمایشگاهی لقاح داده می‌شوند به دست آورد و در محیط‌های کشت اختصاصی رشد داد. از این رو، یاخته‌های تمام توان به یاخته‌های بنیادی جنینی هم معروف هستند.

«پرتوان» یا pluripotent: به سلول‌هایی گفته می‌شود که می‌توانند سلول‌های چندین بافت را تولید کنند. از جمله سلول‌های لایه اکتودرم، مزودرم و اندودرم که به ترتیب مربوط به لایه‌های خارجی، میانی و داخلی جنین هستند. یاخته‌های بنیادی اکتودرمی، پیش ساز سلول‌های پوست و سلول‌های دستگاه عصبی هستند. یاخته‌های مزودرمی پیش ساز بافت‌های عصبی، ماهیچه‌ای، چربی، همبند، خون، سلول‌های لوله‌های کلیوی و … هستند. یاخته‌های اندودرمی پیش ساز سلول‌های لوزالمعده، تیروئید و سلول‌های ریوی هستند. در افراد بزرگسال هم، نوعی از یاخته‌های بنیادی پر توان که منشأ مزودرمی دارند، در پالپ دندان و بعضی بافت‌های چربی یافت می‌شوند. نوعی از این یاخته‌ها (یاخته‌های بنیادی خون ساز جنینی) را می‌توان از خون باقی مانده در بند ناف، پس از تولد نوزاد به دست آورد. ویژگی مهم این یاخته‌ها نابالغ بودن لنفوسیت‌های آن است. از این رو می‌توان با پیوند زدن آن‌ها به مغز استخوان افراد بیمار علاوه بر تأمین سلول‌های خونی جدید برای آنها، انتظار موفقیت بالایی از عمل پیوند داشت. از آن جا که یاخته‌های بنیادی خون ساز جنینی «پرتوان» هستند و قابلیت تمایز به تمام بافت‌های بدن را دارند؛ به دست آوردن آن‌ها از بند ناف افق جدیدی برای درمان بسیاری از بیماری‌ها در آینده نه چندان دور ترسیم می‌کند.

«چندتوان» یا multipotent: یک رده پایین‌تر از سلول‌های پر توان محسوب می‌شوند و می‌توانند سلول‌های مختلف یک بافت معین را تولید کنند. مانند سلول‌های بنیادی مغز استخوان که قادر به تولید انواع سلول‌های مختلف بافت خونی، شامل سلول‌های قرمز، سفید، لنفوسیت‌ها و پلاکت‌ها هستند. یاخته‌های بنیادی موجود در بافت‌های مختلف (عصبی، پوست و …) افراد بزرگسال، در این دسته قرار می‌گیرند.

«تک‌توان» یا unipotent: به سلول‌هایی گفته می‌شود که فقط توانایی تولید یک سلول متمایز را دارند. مانند لنفوسیت‌های B که تنها قابلیت تولید پلاسموسیت‌ها را دارند.

تولید سلول‌های بنیادی از سلول‌های تمایز یافته
پژوهش‌هایی که دربارهٔ ویژگی‌های اساسی سلول‌های بنیادی انجام شد؛ امکان ایجاد تئوری‌هایی دربارهٔ نحوه ساخت سلول‌های بنیادی از سلول‌های تمایز یافته را به وجود آورد. در یکی از پژوهش‌های اولیه در این باره، دکتر John B. Gurdon با یک آزمایش کلاسیک در سال ۱۹۶۲ نشان داد که تمایز یک پدیده برگشت‌پذیر است. در این آزمایش؛ دکتر گوردون هسته یک سلول بالغ روده را در یک سلول تخم قورباغه که هسته آن خارج شده بود، ادغام کرد و مشاهده کرد که مراحل تمایز با موفقیت انجام می‌شود. پژوهش‌های جدید بیولوژیک مولکولی نشان دادند که سلول‌های بنیادی «پرتوان» دو ویژگی اصلی دارند. اول این که ساختار کروماتین در هسته آن‌ها فشرده نیست (یوکروماتیک هستند). دوم این که یک تعادل خاص بین فاکتورهای رو نویسی و ساختار کروماتین آن‌ها برقرار است. به عبارتی ساختار کروماتین (که با ایجاد تغییرات اپی‌ژنتیکی روی پروتئین‌های کروماتین، قابل تغییر است) روی بیان ژن فاکتورهای رونویسی تأثیر دارد. در سال ۲۰۰۶، شینیا یاماناکا (Shinya Yamanaka) موفق شد با بیان مصنوعی ژن‌های تعداد محدودی فاکتورهای رو نویسی نظیر Oct3/4, Sox2, Nanog سلول‌های بالغ دست نخورده را به سلول‌های نابالغ بنیادی تبدیل کند. تلاش‌های این دو فرد جایزه نوبل فیزیولوژی/پزشکی سال ۲۰۱۲ را به خود اختصاص داد.
   
افق‌های درمانی
در بیماریی‌هایی که در آن سلول‌ها دچار خزان یاخته‌ای غیرعادی شده یا به مرور زمان دچار نقص در کارکرد می‌شوند یا با حمله سیستم ایمنی از بین می‌روند؛ استفاده از سلول‌های بنیادی افق‌های درمانی تازه‌ای را محقق خواهد کرد.

پارکینسون: در این بیماری نورون‌های سازنده دوپامین در قسمت توده سیاه مغز از بین می‌روند. با جایگزین کردن سلول‌ها می‌توان به بهبودی بیمار کمک کرد.
دیابت نوع یک: سلول‌های β در جزایر لانگرهانس پانکراس مورد حمله سیستم ایمنی قرار گرفته و از بین می‌روند. در نتیجه توانایی بدن در تولید انسولین از بین رفته و درصورت عدم تزریق خارجی، بیمار زنده نخواهد ماند. با بازسازی و جایگزینی این سلول‌ها مشکلات بیماران دیابتی حل خواهد شد.

آلزایمر: در نتیجه تجمع پروتئین tau (مرتبط با ریزلوله‌های اسکلت سلولی) در داخل سلول‌های عصبی و تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید در خارج سلول‌ها، توانایی آن‌ها در انتقال پیام عصبی کاهش یافته و بیمار با مشکلات حافظه و سایر مشکلات عصبی مرتبط رو به رو خواهد شد. در مراحل مختلف این بیماری تعداد زیادی از سلول‌های درگیر دچار خزان یاخته‌ای می‌شوند. با جایگزین شدن سلول‌های عصبی از بین رفته؛ بهبود قابل ملاحظه‌ای در وضعیت این بیماران انتظار می‌رود.

سکته مغزی: در اثر ایجاد لخته خونی و در نتیجه از بین رفتن بخشی از بافت مغز به علت نرسیدن اکسیژن اتفاق می‌افتد.

بیماران قلبی: توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کننده دستگاه ایمنی، از روش پیوند یاخته‌های بندناف به عنوان یک روش کمکی استفاده کرد.

بیماران کبدی: 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 آن را بازسازی کنند.

درمان قرنیه: هم اکنون پروژه استفاده از سلولهای بنیادی جهت درمان قرنیه چشم در پژوهشگاه رویان در حال پیگیری می‌باشد.
مشکلات/فلج نخاعی، سوختگی، آرتروز، روماتیسم و …

درمان بیماری‌های دهان، فک:تحقیقات گسترده‌ای در زمینه درمان آسیب‌های وارده به بافت صورت و غدد بزاقی با استفاده از سلول‌های بنیادی در مرحله آزمایشگاهی در حال انجام است که نتیجه حاصل از آن می‌تواند جایگزین مواد مصنوعی شود.

 

یک کلنی از یاخته‌های بنیادی جنینی انسان بر روی فیبروبلاست لایه تغذیه کنندهُ جنینی موش