سلول بنیادی چیست؟ انواع سلول‌های بنیادی

اهمیت سلول بنیادی

• سلول بنیادی کاربردهای مختلفی دارند از جمله:
• تحقیقاتی – برای کمک در درک زیست شناسی و اساس نحوه کار موجودات زنده و آنچه در انواع مختلف سلول ها به هنگام بیماری اتفاق می افتد.
• درمانی – برای جایگزینی سلول های از دست رفته یا آسیب دیده که بدن ما نمی تواند به طور طبیعی آن ها را جایگزین کند.

سلول‌های بنیادی چیستند و چه کاری انجام می‌دهند؟

همه سلول‌های بدن اهداف و وظایف خاصی دارند، اما سلول‌های بنیادی سلول‌هایی هستند که هنوز نقش خاصی ندارند و می‌توانند تقریباً به هر سلولی که نیاز باشد تبدیل شوند.سلول‌های بنیادی، سلول‌های تمایز نیافته‌ای هستند که می‌توانند به سلول‌های خاصی که بدن به آنها نیاز دارد، تبدیل شوند.

دانشمندان و پزشکان علاقه‌مند به بررسی سلول‌های بنیادی  هستند زیرا این سلول‌ها به توضیح چگونگی عملکرد بدن و چگونگی بروز مشکلات آن کمک می‌کنند.

سلول‌های بنیادی همچنین برای درمان برخی بیماری‌ها که در حال حاضر هیچ درمانی برایشان وجود ندارد، نویدبخش هستند.

منبع سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی از دو منبع اصلی منشأ می‌گیرند: بافت‌های بدن فرد بالغ و جنین.

دانشمندان همچنین در حال کار بر روی راه‌هایی برای تکوین و ایجاد سلول‌های بنیادی از سلول‌های دیگر، با استفاده از تکنیک‌های برنامه‌ریزی مجدد ژنتیکی reprogramming هستند.

سلول‌های بنیادی بالغ

بدن افراد در طول زندگی حاوی سلول‌های بنیادی است و می‌تواند هر زمان که به این سلول‌های بنیادی نیاز داشته باشد، از آنها استفاده کند.

سلول‌های بنیادی در افراد بزرگسال که سلول‌های بنیادی خاص بافتی یا سوماتیک نیز نامیده می‌شوند، از زمان رشد جنین در سراسر بدن وجود دارند.

سلول‌ها در حالت غیر تخصص‌یافته هستند، اما نسبت به سلول‌های بنیادی جنینی تخصصی‌تر هستند. آنها به همین شکل در این حالت باقی می‌مانند تا زمانی که بدن به آنها برای یک هدف خاص مثلاً به‌عنوان سلول‌های پوستی یا ماهیچه‌ای نیاز داشته باشد.

زندگی در لحظه (Day-to-day living)، به این معنی است که بافت‌های بدن به طور مداوم خود را بازسازی و تجدید می‌کند. در برخی از قسمت‌های بدن، مانند روده و مغز استخوان، سلول‌های بنیادی به طور منظم تقسیم می‌شوند تا بافت‌های جدیدی برای بقا و ترمیم تولید کنند.

سلول‌های بنیادی در انواع مختلفی از بافت‌ها وجود دارند. دانشمندان سلول‌های بنیادی را در بافت‌های مختلفی از جمله موارد زیر یافته‌اند:

• مغز
• مغز استخوان
• خون و رگ‌های خونی
• ماهیچه‌های اسکلتی
• پوست
• کبد

بااین‌حال، یافتن سلول‌های بنیادی ممکن است دشوار باشد. آنها می‌توانند سال‌ها غیرقابل‌تقسیم و غیر تخصص‌یافته باقی بمانند تا زمانی که بدن برای ترمیم یا رشد بافت جدید به آنها احتیاج پیدا کند.

سلول‌های بنیادی بالغ می‌توانند به طور نامحدود تقسیم یا احیا شوند. این بدان معناست که آنها می‌توانند انواع سلول‌های مختلف را از اندام مبدأ تولید کنند یا حتی اندام اصلی را به طور کامل بازسازی کنند.

این تقسیم‌بندی و بازسازی به این معناست که چگونه یک زخم پوستی بهبود می‌یابد، یا اینکه چگونه اندامی مانند کبد، می‌تواند پس از آسیب، خود را ترمیم کند.

درگذشته، دانشمندان بر این باور بودند که سلول‌های بنیادی بالغ تنها بر اساس بافت منشأ خود می‌توانند تمایز پیدا کنند. بااین‌حال، اکنون برخی شواهد نشان می‌دهد که آنها می‌توانند برای تبدیل‌شدن به انواع سلول‌های دیگر نیز تمایز پیدا کنند.

سلول‌های بنیادی جنینی

از همان مراحل اولیه بارداری، پس از بارور شدن تخمک توسط اسپرم، جنین تشکیل می‌شود.

حدود ۳ تا ۵ روز پس از بارور شدن تخمک توسط اسپرم، جنین به شکل بلاستوسیست یا گلوله سلولی در می‌آید.

بلاستوسیست حاوی سلول‌های بنیادی است و بعداً در رحم جای‌گذاری می‌شود. سلول‌های بنیادی جنینی از یک بلاستوسیست ۴ تا ۵ روزه می‌آیند.

هنگامی که دانشمندان سلول‌های بنیادی را از جنین می‌گیرند، جنین‌های مورداستفاده معمولاً جنین‌های اضافی هستند که از لقاح آزمایشگاهی (IVF) حاصل می‌شوند.

در کلینیک‌های IVF، پزشکان چندین تخمک را در یک لوله‌آزمایش بارور می‌کنند تا از زنده ماندن حداقل یکی از آنها اطمینان حاصل کنند. سپس آنها تعداد محدودی تخمک را برای شروع بارداری ایمپلنت می‌کنند.

هنگامی که یک اسپرم، تخمک را بارور می‌کند، این سلول‌ها با هم ترکیب می‌شوند و یک سلول واحد به نام زیگوت را تشکیل می‌دهند.

این زیگوت تک‌سلولی سپس شروع به تقسیم می‌کند و سلول‌های ۲، ۴، ۸، ۱۶ و بیشتر را تشکیل می‌دهد و در نهایت به یک جنین تبدیل می‌شود.

پیش از لانه‌گزینی جنین در رحم، این توده ۱۵۰ تا ۲۰۰ سلولی، بلاستوسیست است. بلاستوسیست از دو بخش تشکیل شده است:

1. توده سلولی بیرونی که بخشی از جفت می‌شود
2. توده سلولی درونی که به بدن انسان تبدیل می‌شود

توده سلولی داخلی جایی است که سلول‌های بنیادی جنینی یافت می‌شوند. دانشمندان به این سلول‌های پرتوان (توتی پوتنت) می‌گویند. اصطلاح پرتوان به این واقعیت اشاره دارد که آنها پتانسیل کامل برای تبدیل‌شدن به هر سلولی در بدن را دارند.

با تحریک مناسب، سلول‌ها می‌توانند به سلول‌های خونی، سلول‌های پوستی و سایر انواع سلول‌های موردنیاز بدن تبدیل شوند.

در اوایل بارداری، مرحله بلاستوسیست تا حدود ۵ روز قبل از لانه‌گزینی جنین در رحم ادامه می‌یابد. در این مرحله سلول‌های بنیادی شروع به تمایز می‌کنند.

سلول‌های بنیادی جنینی نسبت به سلول‌های بنیادی بالغ می‌توانند به انواع سلول‌های بیشتری تمایز پیدا کنند.

سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs)

سلول‌های بنیادی مزانشیمی از بافت همبند یا استروما که اندام‌های بدن و سایر بافت‌ها را احاطه کرده است، می‌آیند.

دانشمندان از سلول‌های بنیادی مزانشیمی برای ایجاد بافت‌های جدید بدن مانند استخوان، غضروف و سلول‌های چربی استفاده می‌کنند. احتمالاً این سلول‌ها  روزی در حل طیف وسیعی از مشکلات سلامتی نقش داشته باشند.

سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS)

دانشمندان این سلول‌ها را در آزمایشگاه با استفاده از سلول‌های پوست و سایر سلول‌های تخصص‌یافته بافت  بدن ایجاد می‌کنند. این سلول‌ها به روشی مشابه سلول‌های بنیادی جنینی رفتار می‌کنند، بنابراین می‌توانند در روند طیف وسیعی از درمان‌ها مفید باشند.

بااین‌حال، تحقیق و توسعه بیشتری در این زمینه لازم است.

برای رشد سلول‌های بنیادی، دانشمندان ابتدا نمونه‌هایی را از یک بافت بالغ یا یک جنین استخراج می‌کنند. سپس این سلول‌ها را در یک محیط کشت کنترل شده قرار می‌دهند  تا مراحل تقسیم و تکثیر صورت گیرد، اما بیشتر از این مقدار تخصص‌یافته نمی‌شوند.

سلول‌های بنیادی که در یک کشت کنترل شده در حال تقسیم و تکثیر هستند، خط سلول‌های بنیادی نامیده می‌شوند.

محققان خطوط سلول‌های بنیادی را برای اهداف مختلف مدیریت و به اشتراک می‌گذارند. آنها می‌توانند سلول‌های بنیادی را به روشی خاص تحریک کنند تا تخصص‌یافته شوند. این فرایند به‌عنوان تمایز مستقیم شناخته می‌شود.

تا به امروز، رشد دادن تعداد بالایی از سلول‌های بنیادی جنینی نسبت به سلول‌های بنیادی گرفته شده از فرد بالغ، به‌مراتب آسان‌تر بوده است. بااین‌حال، دانشمندان در حال پیشرفت در هر دو نوع سلول هستند.

انواع سلول‌های بنیادی

محققان سلول‌های بنیادی را بر اساس پتانسیل آنها برای تمایز به انواع مختلفی دسته‌بندی می‌کنند.

سلول‌های بنیادی جنینی قوی‌ترین هستند، زیرا وظیفه آنها تبدیل‌شدن به هر نوع سلول در بدن است.

طبقه‌بندی کامل شامل:

1. پرتوان (توتی پوتنت): این سلول‌های بنیادی می‌توانند به تمام انواع سلول‌های ممکن تمایز یابند. اولین سلول‌هایی که با شروع تقسیم زیگوت ظاهر می‌شوند، پرتوان هستند.
2. همه توان (پلوری پوتنت): این سلول‌ها می‌توانند تقریباً به هر سلولی تبدیل شوند. سلول‌های جنین اولیه همه توان هستند.
3. چند توان (مولتی پوتنت): این سلول‌ها می‌توانند به یک خانواده نزدیک از سلول‌ها تمایز یابند. به‌عنوان‌مثال، سلول‌های بنیادی خون‌ساز بالغ می‌توانند به گلبول‌های قرمز و سفید خون یا پلاکت تبدیل شوند.
4. کم‌توان (اولیگوپوتنت): اینها می‌توانند به انواع اندکی از سلول‌های متفاوت متمایز شوند. سلول‌های بنیادی لنفوئیدی یا میلوئیدی بالغ می‌توانند این کار را انجام دهند.
5. تک توان (یونی پوتنت): اینها فقط می‌توانند سلول‌هایی از یک نوع تولید کنند که آن هم از همان نوع خودشان است. بااین‌حال، آنها هنوز سلول‌های بنیادی هستند زیرا می‌توانند خود را تجدید کنند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به سلول‌های بنیادی ماهیچه‌ای بالغ اشاره کرد.

سلول‌های بنیادی جنینی به‌جای توتی پوتنت، پلوری پوتنت در نظر گرفته می‌شوند زیرا نمی‌توانند به بخشی از غشای خارج جنینی یا جفت  تبدیل شوند.

کاربرد

سلول‌های بنیادی، خود دارای هدف سلولی خاصی نیستند، اما به دلایل متعددی مهم هستند.

اول اینکه با تحریک مناسب، بسیاری از سلول‌های بنیادی می‌توانند نقش هر نوع سلولی را بر عهده بگیرند و می‌توانند بافت آسیب‌دیده را در شرایط مناسب بازسازی کنند.

این پتانسیل می‌تواند جان افراد را نجات دهد یا زخم‌ها و آسیب‌های بافتی را در افراد پس از یک بیماری یا جراحت ترمیم کند. دانشمندان کاربردهای احتمالی زیادی برای سلول‌های بنیادی پیش‌بینی می‌کنند.

بازسازی بافت

بازسازی بافت احتمالاً مهم‌ترین کاربرد سلول‌های بنیادی است.

تا پیش‌ازاین، فردی که به‌عنوان‌مثال به کلیه جدید نیاز داشت، باید منتظر اهداکننده می‌بود و سپس تحت پیوند قرار می‌گرفت که در این روش مشکل کمبود اعضای اهدایی وجود دارد. اما با کار بر روی سلول‌های بنیادی برای تمایز به روشی خاص، دانشمندان می‌توانند از آن‌ها برای رشد یک نوع بافت یا اندام خاص استفاده کنند.

به‌عنوان‌مثال، پزشکان قبلاً از سلول‌های بنیادی درست در زیر سطح پوست برای ساختن بافت پوستی جدید استفاده کرده‌اند. آنها می‌توانند با پیوند این بافت روی پوست آسیب‌دیده، سوختگی شدید یا آسیب‌های  دیگر را ترمیم کنند و پوست جدید دوباره رشد می‌کند.

درمان بیماری‌های قلبی عروقی

در سال ۲۰۱۳، تیمی از محققان بیمارستان عمومی ماساچوست در PNAS Early Edition گزارش دادند که با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی، توانستند رگ‌های خونی را در موش‌های آزمایشگاهی تشکیل دهند.

در عرض ۲ هفته پس از ایمپلنت سلول‌های بنیادی، شبکه‌هایی از عروق خونی تشکیل شد. کیفیت این رگ‌های خونی جدید به‌خوبی رگ‌های طبیعی بود.

محققان امیدوار بودند که این نوع تکنیک در نهایت بتواند به درمان افراد مبتلا به بیماری‌های قلبی و عروقی کمک کند.

درمان بیماری‌های مغزی

پزشکان احتمالاً روزی بتوانند از سلول‌ها و بافت‌های جایگزین برای درمان بیماری‌های مغزی مانند پارکینسون و آلزایمر استفاده کنند.

به‌عنوان‌مثال، در پارکینسون، آسیب به سلول‌های مغز منجر به حرکات کنترل نشده عضلات می‌شود. دانشمندان می‌توانند از سلول‌های بنیادی برای بازسازی بافت آسیب‌دیده مغز استفاده کنند.

محققان قبلاً تمایز سلول‌های بنیادی جنینی را به این نوع سلول‌ها امتحان کرده‌اند، بنابراین این درمان‌ها امیدوارکننده هستند.

درمان نقص سلولی

دانشمندان امیدوارند روزی بتوانند سلول‌های قلبی سالم را در محیط آزمایشگاهی بسازند و بتوانند به افراد مبتلا به بیماری قلبی پیوند بزنند.

این سلول‌های جدید می‌توانند آسیب‌های قلبی را با پرکردن مجدد قلب با بافت سالم ترمیم کنند.

به طور مشابه، افراد مبتلا به دیابت نوع I  که سلول‌های تولیدکننده انسولین  آنها سیستم ایمنی خود را ازدست‌داده‌اند، می‌توانند سلول‌های پانکراس ساخته شده از سلول‌های بنیادی  را برای جایگزینی  دریافت کنند.

تنها درمان فعلی در حال حاضر، پیوند پانکراس است و تعداد کمی از این اندام  برای پیوند در دسترس است.

درمان بیماری‌های خونی

امروزه پزشکان به طور معمول از سلول‌های بنیادی خون‌ساز بالغ برای درمان بیماری‌هایی مانند لوسمی، کم‌خونی داسی‌شکل و سایر مشکلات نقص ایمنی استفاده می‌کنند.

سلول‌ بنیادی خون‌ساز در خون و مغز استخوان وجود دارند و می‌توانند انواع سلول‌های خونی را تولید کنند، از جمله گلبول‌های قرمز خون که حامل اکسیژن هستند و گلبول‌های سفید خون که با بیماری‌ها مبارزه می‌کنند.

اهدا یا برداشت سلول‌های بنیادی

افراد می‌توانند سلول‌های بنیادی از منبع قابل‌اعتماد را برای کمک به یک عزیز اهدا کنند و یا برای استفاده خودشان در آینده برداشت کنند.

منابع اهدای سلول بنیادی می‌تواند از موارد زیر باشد:

1. مغز استخوان: این سلول‌ها تحت بیهوشی عمومی معمولاً از استخوان ران یا لگن گرفته می‌شوند. سپس تکنسین‌ها سلول‌های بنیادی را از مغز استخوان برای ذخیره یا اهدا جدا می‌کنند.
2. سلول‌ بنیادی محیطی: فرد چندین تزریق دریافت می‌کند که باعث می‌شود مغز استخوان او سلول‌های بنیادی را در خون آزاد کند. سپس خون از بدن خارج می‌شود، دستگاهی سلول‌های بنیادی را جدا می‌کند و پزشکان خون را به بدن برمی‌گردانند.
3. خون بندناف: سلول‌های بنیادی را می‌توان پس از زایمان از بندناف برداشت، بدون اینکه آسیبی به نوزاد وارد شود. برخی از افراد خون بندناف را اهدا می‌کنند و برخی دیگر آن را ذخیره می‌کنند.

برداشت سلول‌های بنیادی می‌تواند گران باشد، اما مزایای آن برای نیازهای آینده عبارت‌اند از:

سلول‌های بنیادی به‌راحتی قابل‌دسترسی هستند

اگر بافت پیوندی از بدن خود فرد گیرنده باشد، احتمال رد شدن بافت پیوندی کمتر است

تحقیق و کشف علمی

سلول‌ بنیادی نه‌تنها به‌عنوان درمان‌های بالقوه، بلکه برای اهداف تحقیقاتی نیز مفید هستند.

به‌عنوان‌مثال، دانشمندان دریافته‌اند که روشن یا خاموش‌کردن یک ژن خاص در سلول می‌تواند باعث تمایز آن شود. دانستن این موضوع به آنها کمک می‌کند تا بررسی کنند که کدام ژن‌ها و جهش‌ها باعث ایجاد کدام عارضه می‌شوند.

با مسلح شدن به این دانش، دانشمندان احتمالاً  بتوانند علت ایجاد طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها و عوارض مختلف را پیدا کنند که برخی از آنها هنوز درمانی ندارند.

تقسیم و تمایز غیرطبیعی سلولی باعث ایجاد عوارضی شامل سرطان و ناتوانی‌های مادرزادی می‌شود که از بدو تولد منشأ می‌گیرند. دانستن اینکه چه چیزی باعث تقسیم سلول‌ها به روش اشتباه می‌شود می‌تواند منجر به درمان شود.

سلول‌های بنیادی همچنین می‌توانند به تولید داروهای جدید کمک کنند. به‌جای آزمایش داروها بر روی داوطلبان انسانی، دانشمندان می‌توانند با آزمایش آن بر روی بافت رشدیافته از سلول‌های بنیادی، چگونگی تأثیر دارو بر بافت سالم و طبیعی را ارزیابی کنند.

مشکلات و مباحث پیرامون سلول‌هایی بنیادی

در مورد تحقیقات روی سلول‌های بنیادی اختلاف‌نظر وجود دارد. این اختلاف عمدتاً به کار بر روی سلول‌های بنیادی جنینی مربوط می‌شود.

استفاده از جنین برای سلول‌های بنیادی

استدلال مخالفین استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی این است که این کار، بلاستوسیست انسانی را از بین می‌برد و تخمک بارور شده نمی‌تواند به یک انسان تبدیل شود.

امروزه محققان به دنبال راه‌هایی برای ایجاد یا استفاده از سلول‌های بنیادی بدون دخالت جنین هستند.

اختلاط انسان و حیوان

تحقیقات سلول بنیادی اغلب شامل قراردادن سلول‌های انسانی در حیواناتی مانند موش یا رت هستند. برخی افراد استدلال می‌کنند که این امر می‌تواند باعث ایجاد ارگانیسمی شود که دارای یک بخش انسانی است.

در برخی کشورها تولید خط‌های سلول‌های بنیادی جنینی غیرقانونی است. در ایالات متحده، دانشمندان می‌توانند خطوط سلول‌های بنیادی جنینی را ایجاد کرده یا با آن‌ها کار کنند، اما استفاده از بودجه فدرال برای تحقیق روی خطوط سلول‌های بنیادی که پس از آگوست ۲۰۰۱ ایجاد شده‌اند، غیرقانونی است.

درمان با سلول‌ بنیادی و قوانین FDA

برخی از افراد در حال حاضر درمان‌های سلول‌های بنیادی را برای طیف وسیعی از اهداف، مانند درمان‌های ضد پیری ارائه می‌دهند.

بااین‌حال، اکثر این موارد استفاده از  سوی منبع مورد اعتماد سازمان غذا و داروی ایالات متحد (FDA) ، تأیید نشده است. برخی از آنها ممکن است غیرقانونی باشند و برخی می‌توانند خطرناک باشند.

هرکسی که در حال بررسی امر درمان با سلول‌های بنیادی است باید ابتدا به بررسی تأییدیه ارائه‌دهنده این درمان و یا FDA بپردازد و اطمینان حاصل کند که  با استانداردهای FDA برای ایمنی و اثربخشی مطابقت داشته باشد.

همچنین بخوانید:

منبع

 مترجم: مریم محجوب