انواع سلول های بنیادی و خاستگاه آن‌ها

مقدمه‌ای بر انواع سلول های بنیادی و کاربردهای آن

سلول بنیادی

سلول بنیادی به معنای یک سلول تخصص نیافته و عملکرد مشخص است. در تعریف علمی و دقیق، سلولی بنیادی اطلاق می شود که دو مشخصه خودتجدیدی و تمایزپذیری داشته باشد. یعنی سلولی که توانایی تقسیم و تولید دو سلول بنیادی دقیقاً مشابه با سلول مادری داشته باشد و از طرفی با تأثیر پذیری از کنام، تمایزپذیر باشد و یک سلول عملکردی را تولید کند، سلول بنیادی شناخته می شود. طبق این تعاریف بزرگترین سلول بنیادی، سلول زیگوت پس از اولین تقسیم می باشد.

تاریخچه سلول های بنیادی

کلمه سلول بنیادی اولین بار در سال 1868 توسط Ernst Haeckel در مقاله‌ای برای تعریف تکوین جنین استفاده شد. بعد از آن در سال 1909 دانشمندان متوجه شدند که تمامی سلول های خونی منشأ اجدادی یکسانی در تکوین و تمایز سلولی دارند. در نیمه‌ی اول قرن 20، اگرچه مطالعاتی در راستای شناسایی سلول ها انجام میشد اما اطلاعات زیادی در رابطه با یاخته های بنیادی در دسترس نبود تا در سال 1963 سلول های بنیادی مغز استخوان شناسایی شدند.

با شناخت بیشتر این نوع جدید سلول ها، در سال 1981 تکنولوژی استخراج سلول های بنیادی جنینی موشی توسعه داده شده و 2 سال بعد سلول های بنیادی پرتوان انسانی استخراج و کشت داده شدند. از دهه 80 قرن 20 تا کنون مطالعاتی بسیار زیادی در رابطه با سلول های بنیادی انجام شده و امروزه دانشمندان در راستای درمان آسیب های بافتی و بیماری ها مختلف از تکنولوژی سلول های بنیادی استفاده می کنند.

تقسیم بندی سلول های بنیادی

سلول های بنیادی طبق پتانسیل تمایزی و منشأ، تقسیم بندی های مختلفی دارند. در تقسیم بندی بر اساس تمایز، در دسته های بسیار پرتوان (totipotent)، پرتوان (pluripotent)، چند توان (multipotent)، کم توان (oligopotent) و تک توان (unipotent) قرار می گیرند. سلول های بسیار پرتوان منشأ جنینی داشته و از اولین تقسیم سلول زیگوت به وجود می آیند.

در تعریف آمده که سلول های پرتوان توانایی تولید بخش های داخل و خارج جنینی را دارند. سلول های پرتوان نیز بعد از تشکیل بلاستوسیست و شکل گیری لایه های جنینی شکل می گیرند و توانایی تشکیل فقط بافت های خود جنین را دارند. بقیه سلول های چندتوان، کم‌توان و تک‌توان فقط توانایی تمایز به دسته محدودی از بافت ها را دارند.

در تقسیم بندی بر اساس منشأ نیز سلول های بنیادی به دو دسته جنینی (embryonic stem cells) و بالغ (adult stem cell) تقسیم می شوند. آن دسته از یاخته هایی که از بافت جنین استخراج می شوند و پرتوان هستند، تحت عنوان سلول های بنیادی جنینی شناخته می شوند. یاخته هایی با توان کمتر مانند سلول های multi potent که از بافت های وابسته به جنین (مثل مایع آمنیوتیک یا بند ناف) و افراد بالغ استخراج می شوند، تحت عنوان سلول های بنیادی بالغ شناخته می شوند.

سلول های بنیادی جنینی

همانطور که از اسم این سلول ها مشخص است، این سلول ها مستقیماً از جنین استخراج می شوند. سلول های بنیادی جنینی از نظر پتانسیل تمایزی، pluripotent بوده و توانایی تشکیل کامل یک جنین را دارند. به عنوان تست استاندارد اطمینان از جنینی بودن سلول ها، روش هایی مانند شکل گیری تراتوما زیرپوستی در موش nude، توانایی کایمر شدن با سلول های بلاستولا و ساخت جنین کامل، تمایز به نورون در محیط رتیونیک اسید و تمایز به گلیال در حضور bFGF و PDGF می باشد.

سلول های بنیادی جنینی قدرت بالایی در تمایز داشته و تقریباً دامنه کاربرد بالایی در پزشکی بازساختی می توانند داشته باشند. اما محدودیت های این دسته از سلول ها غیراخلاقی بودن استخراج آن ها می باشد. چرا که در هر بار استخراج سلول بنیادی نیاز به استفاده از یک جنین کامل می باشد. از طرفی تکنولوژی تولید، استخراج و کشت آن ها دشوار است. تولید یک embryo و کاشت آن در رحم جایگزین نیاز به تجهیزات IVF و مهارت بالا دارد. همچنین پس از استخراج، کشت آن ها بر روی یک لایه مغذی (feeder layer) انجام می شود.

سلول های بنیادی پرتوان القایی

در سال 2006 دانشمندی ژاپنی به Shinya Yamanaka به همراه همکاران خود توانستند از سلول های تمایز یافته عملکردی، سلول بنیادی پرتوان تولید کنند. تا قبل برای دسترسی به سلول های بنیادی جنینی، استفاده از یک جنین و معدوم کردن آن غیرقابل انکار بوده و این مسئله مشکلات اخلاقی زیادی را در پی داشت.

اما با تلاش های چند ساله آقای یاماناکا این امکان فراهم شد تا محققان سلول های بنیادی اختصاصی یک فرد را از سلول های عملکردی ساده‌ای مانند فیبروبلاست های پوستی تهیه کنند. در این روش مجموعه‌ای از ژن های اصلی که در خواص بنیادینگی دارند، به سلول القاء می شوند.

در ابتدای مطالعه، نزدیک 20 ژن کاندید شدند و با روش حذف، یکی یکی از ژن های کاندید در ترنسفکشن سلولی حذف شدند تا در نهایت بین 4 تا 5 ژن به عنوان ژن های اصلی القاء کننده بنیادینگی انتخاب شدند. این ژن ها شامل Klf4، Sox2، Oct3/4،c-Myc  و Nanog بودند. امروزه دانشمندان از متد های اپی‌ژنتیک استفاده کرده و بدون نیاز به ترنسفکشن ژن های کاندید را تحریک کرده و سلول بنیادی پرتوان تولید می کنند.

سلول های بنیادی بالغ

سلول های بنیادی بالغ همان سلول های بنیادی چندتوان می باشند که به راحتی از بافت های مجاور جنینی مانند Wharton’s jelly، بند ناف، امنیون، جفت و … قابل استخراج هستند. همچنین در بدن افراد بالغ در بخش های مختلفی مانند مغز استخوان، چربی، ریشه دندان، مغز، عضلات، شیر مادر، خون، کبد غدد فوق کلیه و … یافت می شوند.

این سلول ها به راحتی استخراج شده و کشت نسبتاً راحتی دارند. همچنین مشکلات اخلاقی در استخراج آن ها وجود ندارد. برای اینکه یک فردی سلول های بنیادی خودش استخراج شده، کشت داده شود و به خود فرد پیوند زده شود نیازی به کلونینگ نیست. چرا که این سلول ها بالقوه در بدن وجود داشته و بدون تغییری استخراج شده و تحت کشت در سیستم In-vitro قرار می گیرند.

سلول های بنیادی بالغ چندتوان در سه دسته سلول های بنیادی مزانشیمی، هماتوپوئیتیک و نورال قرار می یگرند. پرکاربردترین آن ها سلول های بنیادی مزانشیمی می باشند.

سلول های بنیادی مزانشیمی

سلول های بنیادی مزانشیمی جزء بزرگی از سلول های بنیادی در بدن افراد بالغ می باشد و در تعمیر بافت های زیادی نقش دارند. جمعیت برزرگی از سلول های بنیادی مزانشیمی در مغز استخوان و چربی قرار دارد. این سلول ها اولین بار در مغز استخوان کشف شدند و به همین دلیل تحت عنوان سلول های استرومایی استخوان شناخته شدند.

با توجه به اینکه این سلول ها در بخش های مختلفی از بدن قرار گرفتند، کنام های متفاوتی را تجربه کرده و از نظر مارکر های سطحی ممکن است کمی باهم متفاوت باشند. اما در مجموع سلول های بنیادی مزانشیمی سلول هایی هستند که در ظرایط کشت سلول به خوبی رشد کرده و مورفولوژی فیبروبلاستی به خود می گیرند. همچنین این سلول ها توانایی بالایی در تمایز به استخوان، چربی و غضروف دارند. البته در مواردی تمایز به پوست، عضله و نورون در این سلول ها دیده شده است.

نویسنده: مسعود سلطانی