پزشکی بالینی

سلول هاي بنيادي از مغز استخوان تا موي سر

سلولهاي بنيادي (‏‎(stem Cell‏ سلول هاي اوليه اي هستند که قادر به ايجاد هر نوع سلولي در بدن هستند. اين سلول ها مي توانند تحت تأثير بعضي شرايط فيزيولوژيك يا آزمايشگاهي به سلول هايي با عملكردهاي اختصاصي مانند سلول هاي عضلاني قلب يا سلول هاي توليدكننده انسولين در پانكراس و... تبديل شوند.‏

خصوصيات سلول هاي بنيادي
سلول هاي بنيادي با ديگر انواع سلول هاي موجود در بدن متفاوت هستند. از جمله خصوصيات مشترک اين سلول ها:

1. توانايي تكثير و افزايش تعداد آنها براي مدت طولاني
stem cell‏ ها قادربه تقسيم شدن (‏dividing‏) ونوسازي خودشان براي مدت طولاني هستند. پديده اي که در سلول هاي عضلاني، خوني و يا عصبي به صورت طبيعي ديده نمي‌شود.اما سلول هاي بنيادي اين عمل را بارها و بارها انجام مي دهند. هنگامي که عمل تکثير براي مدت طولاني اتفاق مي افتد آن را ‏proliferation‏ مي نامند.
يک جمعيت آغازگر سلول بنيادي که شروع به ‏proliferation‏ مي کند مي تواند ميليون‌ها سلول را ايجاد کند، حال اگر اين سلول ها نيز به مانند سلول هاي مادري اوليه غير تخصصي (‏unspecialized‏) باشند مي گويند که اين سلول ها قادر به ‏long-term self renewal‏ هستند. ‏

2. توانايي تمايز و تبديل به سلول هاي تخصص يافته
در سال هاي اخير تحقيقات زيادي در مورد امکان تبديل سلول بنيادي مخصوص يک بافت به سلول هاي تخصصي يک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . اين فرايند را در اصطلاح ‏plasticity‏ مي نامند. براي مثال تبديل سلول هاي بنيادي مغز استخوان به نورون ها و يا تبديل سلول هاي بنيادي کبدي به سلول هاي توليد کننده انسولين و يا تبديل سلول هاي خون ساز به سلول هاي عضله قلبي. ‏
اين سلول ها پس از دريافت پيام هاي شيميايي معين مي توانند تمايز حاصل كنند يا به‏‎ ‎سلول هاي تخصص يافته با عملكردهاي خاصي، تبديل شوند‎. ‎‏ عملكرد اين سلول ها در بدن به اين شکل است که به هنگام اختلال و بيماري، تكثير پيدا کرده و سلول‏‎ ‎هاي جديدي به بافت ارائه مي كنند كه اساس سلول هاي درماني را تشكيل مي دهد.‏
فرايندي که در آن سلول هاي غيرتخصصي به سلول هاي تخصصي يک بافت خاص تبديل مي شوند را تمايز( ‏differentiation‏) مي نامند.‏
اين پديده تحت تاثير ‏signalهاي  داخلي و خارجي قرار مي گيرد که بخش مهمي از تحقيقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.‏Internal signals‏ آن دسته از علائمي هستند که توسط ژن ها کنترل مي شود و در واقع به اطلاعاتي گفته مي شود که خصوصيات و عملکرد ساختاري يک سلول را با کد کردن اطلاعات لازم در يک زنجيره ‏DNA‏ تعيين مي کند.‏
اما منظور از ‏external signals‏ علائمي است که منشا خارج سلولي دارند و شامل مواد شيميايي ترشح شده، تماس فيزيکي با سلول هاي مجاور و مولکول هاي مخصوص در محيط ميکروسکپي اطراف سلول( ‏‎ microenvironment‎‏) هستند.‏‎
‎سلولهاي بنيادي خود بر دو نوع هستند:
* سلولهاي بنيادي جنيني
* سلولهاي بنيادي بالغ

در سال 1960 محققان كشف كردند كه مغز استخوان داراي  حداقل دو نوع سلول بنيادي است : سلول هاي بنيادي خون ساز( كه انواع سلول هاي خوني را در بدن مي سازند) و سلول هاي استرومال( كه مي توانند بافت هاي غضروف، استخوان، چربي و بافت هاي همبندي فيبروز را در بدن بسازند). در اوايل دهه 1980 ميلادي، دانشمندان توانستند سلول هاي بنيادي را از جنين ابتدايي موش جدا كنند. بيشتراين دانشمندان معتقد بودند كه سلول هاي عصبي جديد در مغز افراد بالغ نمي تواند توليد شود تا اينكه در سال 1990 دانشمندان توافق كردند كه مغز بالغين شامل سلول هاي بنيادي است كه قادر به توليد سه نوع اصلي سلول هاي مغزي ( كه شامل آستروسيت ها، اليگودندروسيت ها (سلول هاي غيرعصبي) ، نورون ها (ســلول هـاي عصـبي)) است. ‏
سلول هاي بنيادي افراد بالغ ‏‎(stem cell adult)‎‏ در ارگان ها و بافت هاي زيادي از بدن جدا شده اند، اما نكته مهم اين است كه تعداد بسيار محدودي از اين سلول ها در هر بافت وجود دارد كه در منطقه خاصي از آن بافت براي سالها ساكن باقي مانده و با ظهور بيماري يا آسيب بافتي فعال مي شوند.‏
بافت هايي كه سلول هاي بنيادي بالغين در آنها يافت مي شوند عبارتند از: مغز استخوان، خون محيطي، مغز، عروق خوني، پالپ دندان، عضله اسكلتي، پوست، كبد، پانكراس، قرنيه، شبكيه، سيستم گوارش.‏
‏ در سال 1998دانشمندان موفق به جدا كردن سلول هاي بنيادي جنيني انسان و رشد آنها در محيط آزمايشگاه شدند و اين سلول ها را سلول هاي بنيادي جنيني انسان ناميدند. اين سلول ها همانطور كه از نامشان پيداست از جنين هاي 3 تا 5 روزه كه از تخمک هاي آزمايشگاهي بارور مي شوند به دست مي آيند و در محيط هاي اختصاصي کشت داده مي شوند. ‏
جنين 3 تا 5 روزه را بلاستوسيست مي‌نامند. يک بلاستوسيست توده اي متشکل از 100 سلول و يا بيشتر است. سلول هاي بنيادي سلول هاي دروني يک بلاستوسيست هستند که در نهايت به يک سلول ، بافت و يا اندام درون بدن تبديل مي‌شوند. دانشمندان سلول هاي بنيادي را از بلاستوسيست جدا کرده و آنها را درون ظرف پتري ديش در آزمايشگاه کشت مي‌دهند. پس از آنکه سلول ها چندين بار تکثير شدند و ميزان آنها از گنجايش ظرف کشت فراتر رفت آنها را از آن ظرف برداشته و درون چندين ظرف قرار مي‌دهند به اين کار اصطلاحا" پاساژ گفته مي‌شود. سلولهاي بنيادي جنيني که چندين ماه بدون ايجاد تمايز پرورش يافته‌اند خط سلول بنيادي ‏‎ (cell line)‎ناميده مي‌شوند.‏
کار با سلول هاي بنيادي بالغ سخت‌تر است. زيرا استخراج و کشت آنها نسبت به سلول هاي بنيادي جنيني دشوارتر است. با اين وجود يکي از موانع موجود براي استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني، پس زدن آن ها توسط سيستم ايمني است. اگر سلول هاي بنيادي جنيني اهدا شده به يک بيمار تزريق شوند ممکن است سيستم ايمني بدن بيمار اين سلول ها را مهاجمان خارجي تلقي کرده و به آنها حمله کند. اما استفاده از سلولهاي بنيادي بالغ تا حدودي از اين مشکل مي‌کاهد. زيرا  سيستم ايمني بدن بيمار سلولهاي بنيادي خود بيمار را پس نمي‌زند.
سلول هاي بنيادي بر اساس توانايي تكثير و تمايز به انواع  زير تقسيم مي شوند:‏‎

‎1. سلول هاي بنيادي‎ TOTIPOTENT ‎يا همه تواني:‏‎
‎اين سلول ها مي توانند به هر نوع سلولي در بدن تغيير پيدا كرده و تبديل شوند.از جمله اين سلول ها‎ ‎تخمك بارور شده يا سلول هاي توليد شده در‎ ‎تقسيمات يک  تخمك بارور شده  مي باشد.‏

2. سلول هاي بنيادي‎ PLURIPOTENT ‎يا پرتواني‎:
‎اين سلول ها كه از سلول هاي بنيادي رويان منشا مي گيرند، حدود 4 روز پس از لقاح‏‎ ‎به وجود مي آيند و مي توانند به هر نوع سلولي به جز سلول هاي بنيادي همه تواني و‎ ‎سلول هاي جفت تبديل شده و تمايز حاصل كنند‎.

‎3. سلول هاي بنيادي‎ MULTIPOTENT ‎يا چند تواني‎ :
‎اين سلول ها از سلول هاي بنيادي پرتواني منشا مي گيرند و سلول هاي تخصص يافته از آنها ناشي‎ ‎مي شوند. براي مثال سلول هاي بنيادي خون ساز كه در مغز استخوان وجود دارند مي توانند به همه‏‎ ‎انواع سلول موجود در خون تبديل مي شوند‎;‎‏ مثل گلبول قرمز، گلبول سفيد و پلاكت . يا‏‎ ‎سلول هاي بنيادي عصبي كه مي توانند به سلول هاي عصبي و سلول هاي حمايت كننده عصبي‎ ‎تبديل شوند.‏

4. سلول هاي بنيادي‎ UNIPOTENT ‎يا تك تواني‎ :
‎اين نوع سلول ها مي توانند فقط به يك نوع سلول تبديل شده و آن را توليد كنند.‏

کاربرد سلول هاي بنيادي
از سلول هاي بنيادي مي‌توان براي بازسازي سلول ها يا بافت هايي استفاده کرد که بر اثر بيماري يا جراحت صدمه يافته اند. اين نوع درمان به درمان سلولي معروف است. يکي از کاربردهاي بالقوه اين شيوه درمان ، تزريق سلول هاي بنيادي جنيني در قلب براي بازسازي سلول هايي است که بر اثر حمله قلبي صدمه ديده‌اند. ‏
توصيه مي‌شود براي افرادي که در مراحل وخيم بيماري قلبي بوده و در انتظار دريافت قلب پيوندي به‌سر مي‌برند، در کنار تجويز داروهاي سرکوب‌کننده سيستم ايمني، از روش پيوند سلول‌هاي بندناف به‌عنوان يک روش کمکي استفاده کرد. بر اين اساس، اين ايده در دنيا مطرح شده است که نمونه سلول‌هاي بندناف هر شخص در ابتداي تولد گرفته و براي سال‌هاي بعد براي خود فرد ذخيره شود. با اين عمل، بيمار شانس بيشتري براي زنده ماندن تا زمان دريافت قلب را خواهد داشت. اين روش به‌ويژه در بيماران کهنسال که سلول‌هاي بنيادي مغز استخوان آنها براي پيوند کافي نيست، از اهميت بالاتري برخوردار است. از اين‌رو، امروزه در اغلب کشورها بانک‌هاي ويژه‌اي براي جداسازي و نگهداري سلول‌هاي بنيادي بندناف نوزادان تاسيس شده است.‏
از سلول هاي بنيادي مي‌توان براي بازسازي سلول هاي مغزي بيماران مبتلا به پارکينسون استفاده کرد. اين بيماران فاقد سلول هايي هستند که ناقل عصبي موسوم به دوپامين را توليد مي‌کنند. بدون وجود اين پيک شيميايي حرکت بيماران مبتلا به پارکينسون نامنظم و منقطع است و اين افراد از لرزش هاي غير قابل کنترل رنج مي‌برند. در تحقيقات انجام شده روي موش ها پژوهشگران سلول هاي بنيادي جنيني را در مغز موش هاي مبتلا به بيماري پارکينسون تزريق کردند و شاهد آن بودند که سلول هاي بنيادي ، موش ها را بهبود بخشيدند. دانشمندان اميدوارند که روزي بتوانند اين موفقيت خود را در انسانهاي مبتلا به پارکينسون هم تکرار کنند. ‏
با استفاده از سلول هاي بنيادي مي‌توان يک اندام کامل را در آزمايشگاه پرورش داده و آن را جايگزين اندامي کنند که بر اثر بيماري آسيب ديده است. براي اين کار بايد نوعي چارچوب از جنس پليمر زيست تجزيه پذير را به شکل اندام مورد نظر بسازند و سپس آن را با سلول‌هاي بنيادي جنيني يا بالغ بارور سازند. پس از آن عوامل رشد(‏growth factor‏) مخصوص آن اندام افزوده مي‌شوند تا پرورش اندام را تحت کنترل و هدايت درآورند.‏
پس از آنکه چارچوب با بافت خاص آن اندام پوشيده شد آن را به بيمار پيوند مي‌زنند. با به وجود آمدن بافت از سلول هاي بنيادي چارچوب تجزيه شده و در نهايت يک گوش ، کبد يا هر اندام ديگر باقي خواهد ماند.
 براي مثال، در حال حاضر اگر بيماري دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است براي جلوگيري از انتشار سرطان (متاستاز) به بخش‌هاي ديگر بدن، بخش سرطاني کبد را نابود کند. براي اين منظور معمولاً طي دو عمل جراحي همزمان، خون ناحيه سرطاني کبد را قطع مي‌کنند تا بافت سرطاني به تدريج نابود شود. در عين حال چون بخش باقيمانده کبد بايد بتواند وظايف کل کبد را به عهده گيرد، لازم است تا اين اعمال جراحي به نحوي انجام شود که بخش سالم باقيمانده، فرصت تکثير را پيدا کند و در نهايت عملکرد کبد کامل را ايفا کند. براي اين منظور، حداقل 6 هفته زمان لازم است تا بخش باقيمانده و سالم کبد تکثير شود. اما پيوند سلول‌هاي بنيادي بخش سالم کبد، اين مدت زمان به 2 هفته کاهش مي‌يابد. با اين کار نه تنها کبد فرد بيمار در مدت زمان کمتري ترميم مي‌شود، بلکه با خارج کردن سريع‌تر بخش سرطاني از بدن، احتمال بروز متاستاز و دست‌اندازي سرطان به بخش‌هاي ديگر بدن فرد نيز کاهش مي‌يابد.‏
از جمله کاربردهاي ديگر سلول هاي بنيادي، جايگزيني سلول هاي از بين رفته انسولين ساز در ديابت نوع 1 است. از لحاظ تئوري سلول هاي بنيادي جنيني را مي توان در خارج بدن کشت داد و آنها را با استفاده از روش هاي مختلفي از جمله استفاده از "فاکتورهاي رشد" به سلول‌هاي انسولين ساز تبديل کرد و وقتي مقدار کافي از اين سلول ها در دسترس باشد مي توان از آنها براي درمان هر فرد ديابتي که نياز به اين سلول ها داشته باشد استفاده کرد. همچنين مي توان اين سلول ها را با دستکاري ژنتيکي در برابر سيستم ايمني شخص گيرنده و رد پيوند مقاوم کرد، کاري که در مورد سلول هاي بنيادي بالغ امکان پذير نيست. اين امکان نيز وجود دارد تا با قرار دادن اين سلول ها در يک ماده غير ايمني زا کاري کرد که از رد شدن آنها توسط دستگاه ايمني جلوگيري شود و ديگر نيازي به استفاده از داروهاي ضد رد پيوند نباشد.‏
‏ در يکي از تحقيقات جالب که به تازگي در باره سلول هاي بنيادي در افراد بالغ صورت گرفت نشان داده شد که اگر سلول هاي بنيادي موجود در ديواره مجاري غدد لوزالمعده در بالغين در محيط آزمايشگاه کشت داده شوند مي توان با تحريک آنها، يک توده سلولي درست کرد که نه تنها قادر به ترشح انسولين است بلکه قادر است تا ميزان ترشح را براساس قند خون محيط کم يا زياد کند، کاري که براي موفق بودن پيوند بسيار ضروري و حياتي است.

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۸۲