درمان دیابت نوع اول با کمک سلول های بنیادی

بدن انسان می تواند از بر اثر یک مشکل ژنتیکی مستعد به حمله به سلول های خودی باشد . دیابت نوع 1 اختلالی است که در آن بدن به سلول­های بتا در پانکراس ،که تولیدکننده انسولین هستند، حمله میکند و آن­ها را از بین می­برد. هورمون انسولین به تبدیل قند به انرژی کمک می کند. دیابت نوع 1 می تواند در هر سنی رخ دهد و اگر با تزریق انسولین یا پمپ انسولین برای متعادل سازی سطح قند بدن کنترل نشود می تواند کشنده باشد.

به گفته شیائوجون لیان(Xiaojun  Lian) ، دانشیار مهندسی پزشکی و زیست شناسی ، ممکن است روش­های دیگری که به نوعی درمان­های شخصی سازی شده هستند در افق درمانی این اختلال وجود داشته باشد. برای اولین بار ، لیان و تیمش موفق به تولید سلول­های بتا از سلول­های بنیادی انسان شده­اند که قادر به تولید انسولین با استفاده از مولکول­های کوچک در آزمایشگاه است.این روش فرآیند تولید انسولین را کارآمدتر و مقرون به صرفه­تر می­کند.

سلول های بنیادی می­توانند تحت تاثیر سیگنال­های موجود در محیط خود به انواع دیگر سلول­ها تبدیل شوند و برخی از سلول­های بالغ می­توانند به سلول­های بنیادی – سلول­های بنیادین پرتوان القایی(iPS)(induced pluripotent stem cells) – تبدیل شوند. محققان دریافتند که رویکرد آنها برای سلول های بنیادی جنینی و پرتوان القایی ، که هر دو از رده­های سلول بنیادی تأیید شده از نظر قانونی هستند ، کار می­کند. به گفته لیان ، اثربخشی روش آنها می تواند نیاز به سلول­های بنیادی جنینی انسان را در کاربرد­های آن در آینده کاهش دهد یا از بین ببرد. آنها نتایج خود را 26 آگوست 2020 در مجله سلول های بنیادی(Stem Cell Reports) منتشر کردند.

لیان می­افزاید: دیابت یک بیماری شدید در ایالات متحده و سراسر جهان است.در این نوع دیابت سلول­های ایمنی خود بیمار توانایی آنها در تولید انسولین و تنظیم سطح گلوکز را از بین می­برد. ما فکر کردیم که سلول­های بنیادی می­توانند به طور بالقوه مشکل را حل کرده و به فرد اجازه دهند دوباره انسولین تولید کرده و سطح گلوکز خون خود را به طور مناسب تنظیم کند.

سلول های بنیادی می توانند تحت تاثیر شرایط محیطی یا دخالت­های آزمایشگاهی به هر نوع سلولی تبدیل شوند. به گفته لیان ، در این پژوهش آن­ها در تلاش برای یافتن شرایط دقیق مورد نیاز برای تحت تأثیر قرار دادن سلول بنیادی برای تبدیل شدن به یک نسخه کاربردی از نوع سلول مورد نظر هستند.

لیان می گوید: “اگر بتوانیم سلول های بنیادی را به سلول های بتا پانکراس تبدیل کنیم و آنها را به بیمار منتقل کنیم ، ممکن است دیابت را درمان کنیم.” “این یک امر بسیار دشوار است. دانشمندان بیش از 20 سال است که در تلاش برای یافتن راه حل هستند. تیم آزمایشگاهی ما متوجه شد که باید رویکردهای متفاوتی با روش­های مورد استفاده در پژوهش­های قبلی اتخاذ کرد.”

به گفته لیان در تلاش های قبلی محققان از فاکتورهای رشد و یا گروهی از پروتئین ها برای القای سلول های بنیادی برای تبدیل شدن به انواع مختلف سلول­ها استفاده کردند. فاکتورهای رشد گران و ناپایدار هستند و در نهایت منجر به ایجاد سلول­های ناکارآمد با یک فرایند تولید پرهزینه می­شوند.

لیان گفت: “در سال 2012 ، تیم ما یک واسطه مولکولی کاملاً جدید را کشف کرد که می تواند سلول های بنیادی را به مرحله مزودرم یا اندودرم متمایز کند ، که مراحل پیشرفت در راه رسیدن به سلول های بالغ هستند.” نسبت به فاکتور­های رشد که درشت مولکول هستند ، این مولکول­های کوچک بسیار ارزا­ن­تر و بسیار پایدارتر هستند و همچنان می­توان با استفاده از آنها تأثیر عوامل رشد برای تمایز سلو­ل­های بنیادی به یک مرحله متوسط الگوبرداری کنیم.” مولکول های کوچک شامل یک ترکیب شیمیایی به نام CHIR99021 (CHIR) هستند و مسیر پیام رسانی به نام Wnt را فعال می کنند که سلول را به یکی از مراحل میانی هدایت می کند. هنگامی که Wnt به طور کامل فعال می شود ، سلول به یک مزودرم و در نهایت به یک سلول بالغ قلب تبدیل می شود. اما یک دوز کمتر CHIR تنها بخشی از مسیر Wnt را فعال می­کند و منجر به ایجاد یک سلول آندودرم می شود که می تواند به یک سلول بتا پانکراس بالغ یا سلول کبدی تبدیل شود.

یوکیان جیانگ(Yuqian Jiang) ، نویسنده­ ارشد و دانشجوی دکترای مهندسی زیست پزشکی در آزمایشگاه لیان، می­گوید: “هیچ کس دیگری تا به امروز موفق به کشف این امر نشده است زیرا شما باید غلظت CHIR را به طور دقیق و با حساسیت بالا بهینه کنید.” “ما می دانیم CHIR برای تمایز سلول های بنیادی مهم است ، اما دیگران ممکن است تنها یک غلظت این ماده شیمیایی را آزمایش کنند و فکر می کنند که این ماده اصلاً کار نمی کند. ما تمام غلظت های ممکن را آزمایش کردیم و دقیقاً آن را برای تمایز سلول های بنیادی به سلول های اندودرم یافتیم.

محققان دوزهای بهینه برای سلول­ها را با افزایش غلظت CHIR مشخص کردند. آنها دریافتند که کمترین دوز برای تبدیل سلول­ها کافی نیست ، و همچنین دوزهای بالاتر سلول ها را به طور کامل از بین می برد. در دومین و سومین مرتبه از کمترین دوز ، حداکثر 87 درصد از سلول های بنیادی به سلول های اندودرم تبدیل شدند که می توانند در ادامه تبدیل به سلول های بتا پانکراس شوند.

جیانگ می­گوید: “تمایز سلول های بتا با افزودن کوکتل های شیمیایی مختلف که توسط تحقیقات قبلی در مراحل مختلف ایجاد و طراحی شده ­اند، حدود یک ماه به طول می انجامد.” “اما در پژوهش­های قبلی از فاکتورهای رشد برای پیشبرد سلول های بنیادی به سلول های اندودرم استفاده می­کردند. روش ما این نیاز را برطرف می­کند ، در حالی که هنوز تعداد زیادی سلول تولید می شود ، در هزینه­ها صرفه جویی می شود.”

محققان همچنین سلول های بتای پانکراس توسعه یافته را با گلوکز آزمایش کردند. لیان گفت ، سلول ها بر اساس گلوکز موجود در محیط خود انسولین تولید می­کنند و عملکرد صحیح خود را نشان می­دهند. برای جلوگیری از از بین بردن این سلول­ها توسط بدن بیماران-مشکل اولیه برای افراد مبتلا به دیابت نوع 1- محققان قصد دارند قبل از پیوند سلول های بتا مهندسی شده از سلول های بنیادی ، آنها را به پلیمرهای زیستی مجهز کنند. به گفته لیان ، این امر از سلول ها محافظت می کند در حالی که به آنها اجازه می دهد هنوز با محیط خود در ارتباط بوده و سطح مناسب انسولین را تولید کنند.

لیان می گوید: “رویکرد ما به ما این امکان را می­دهد با کمک یک ماده شیمیایی کم هزینه در دوزهای مختلف انواع مختلف سلول های میان­رده را ایجاد کنیم که یکی از آنها می تواند به سلول های بتا پانکراس تبدیل شود.” “ما در حال تلاش برای بهینه سازی این رویکرد و انتقال آن به آزمایشات بالینی هستیم ، اما کار سختی را انجام داده ایم که هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. سلول درمانی شگفت انگیز است ، اما همه نمی­توانند از عهده آن برآیند. هدف ما این است که آن را در دسترس همه کسانی که به آن نیاز دارند قرار دهیم. ”

اندرو رید(Andrew Read) ، مدیر موسسه های علوم زیستی هوک ، می گوید: “هنگامی که من برای اولین بار شنیدم که لیان در مورد آنچه که در تلاش بود انجام دهد صحبت می­کرد ، از جسارت او شگفت زده شدم.” “کار او مظهر علمی است که هدف آن برگرداندن کامل بازی است. من واقعاً خوشحالم که او به این مرحله مهم دست یافته است.”

از دیگر اعضای آزمایشگاه لیان که بر روی این پروژه­ کار کردند : چوانکسین چن  (Chuanxin Chen) ، که در سال 2018 فارغ التحصیل شد و اکنون در آزمایشگاه Bioland در چین در حال فعالیت است ، لورن.ان.راندولف (Lauren N. Randolph) ، محقق پسادکتری در گروه مهندسی پزشکی و موسسات علوم زیستیHuck.  شین ژانگ (Xin Zhang ) و سونگتائو یی (Songtao Ye) ، با همراهی گروه شیمی در دانشکده علوم ابرلی (Eberly College of Science)؛ و شیائوپینگ بائو (Xiaoping Bao) ، با دانشکده مهندسی شیمی دیویدسون در دانشگاه پردو.
موسسه ملی تصویربرداری زیست­پزشکی و مهندسی زیستی در موسسه ملی بهداشت ، بنیاد ملی علوم و دانشگاه پن (Penn State University)از این پژوهش حمایت کردند.

 منبع

ترجمه: آتوسا بهنام‌راد

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی