سلولهاي بنيادي(stem cell)
نویسنده زهرا ضیائی فرد
مقدمه:
مطالعه بر روي سلول هاي بنيادي حوزه اي از دانش است كه به مطالعه چگونگي ايجاد يك موجود كامل از يك سلول مي پردازد. چگونگي تعويض سلول هاي آسيب ديده با سلول هاي سالم در موجود بالغ نيز در اين حوزه از دانش قرار مي گيرد.
مطالعه سلول هاي بنيادي از گذشته در بسياري از حوزه هاي علوم مانند جنين شناسي، رشد و تكوين، سرطان بويژه ازنظر مولكولي و پزشكي پيوند مطرح بوده است. اين سلول ها موضوع پژوهش هاي بي شماري براي دهه هاي طولاني تازمان شبيه سازي دالي بوده اند. پس از آن با جداسازي سلول هاي بنيادي جنين انسان، بيشترين توجهات معطوف به جنبه هاي اخلاقي، قانوني، علمي و پزشكي اين سلول ها بوده است.
سلول بنيادي چيست؟
1- سلول بنيادي، سلول هاي تمايز نيافته اي هستند كه خود را به طورمرتب و توسط تقسيم سلولي تجديد مي كنند.
2- اين سلول ها تحت شرايط فيزيولوژيكي يا آزمايشگاهي خاص القا شده و مي توانند سلول هايي با اعمال تخصصي ايجاد كنند. به عنوان نمونه مي توانند به سلول هاي نبض دار ما هيچه اي قلب يا سلول هاي توليدكننده ي انسولين تبديل شوند.
برخي ويژگي هاي اصلي و عمومي سلول هاي بنيادي:
- فاقد ساختار ويژه ي بافتي اند كه اجازه مي دهد سلول عمل ويژه اي را انجام دهد، در نتيجه فاقد اعمال ويژه ي بافتي هستند، اگر چه قادرند به سلول هاي تخصص يافته تبديل شوند.
- سلول هاي بنيادي مي توانند بارها تقسيم شوند. يك جمعيت آغازي سلول بنيادي پس از ماه ها تكثير در آزمايشگاه، توليد ميليون ها سلول مي كند. سلول هاي حاصل اگر تخصصي نشوند قادرند مانند والدين خود براي مدت ها تكثير شوند.
- اين سلول ها پيري را نشان نمي دهند و بدون محدوديت( نسبي ) تقسيم مي شوند.
- مشخص شده است كه حتي پس از 280 بار تكثير باز هم داراي كاريوتيپ طبيعي اند. درحاليكه معمولا سلول هاي ديگر پس از چند تقسيم در كاريوتيپ آنها تغييراتي صورت مي گيرد. اين ويژگي سلول هاي بنيادي يكي از دلايل ناميرا بودن نسبي اين سلول هاست.
- مي توانند به سلول هاي تخصص يافته تبديل شوند، علائم دروني مانند ژن هاي سلولي ، علائم بيروني مانند ترشحات شيميايي سلول هاي ديگر، تماس هاي فيزيكي توسط سلول هاي همسايه و حضور مولكول هاي معين در محيط، در تبديل اين سلول ها به سلول هاي تخصص يافته نقش دارد.
- برخلاف سلول هاي ديگر كه براي رشد خود نيازمند عامل هاي سرمي هستند، سلول هاي بنيادي قادرند در غياب سرم نيز به تكثير خود ادامه دهند. اين ويژگي سلول هاي بنيادي آن ها را شبيه به سلول هاي سرطاني مي سازد، در واقع در اين سلول ها هيچگونه توقف چرخه ي سلولي و سكون وجود ندارد.
- داراي سطح بالايي از تلومراز هستند: تلومراز براي جلوگيري ازكوتاه شدن طول تلومر در تقسيمات متعدد سلولي لازم است. طول تلومرعامل محدود كننده تقسيم سلول است. درسلول هاي عادي درهرتقسيم مقداري از طول تلومر كم مي شود تابه جايي ميرسد كه ديگر سلول نمي تواند تقسيم شود. اما در سلول هاي بنيادي تلومراز مرتبا طول تلومر را ترميم مي كند در نتيجه اين سلول ها قادرند به طور نامحدود به تقسيم خود ادامه دهند. درسلول هاي عادي تلومراز پس از دوره جنيني غيرفعال مي شود و تنها در سلول هاي بنيادي فعال باقي مي ماند ( در شماري از سرطان ها نيز ديده شده است كه تلومراز داراي فعاليت است).
انواع سلول هاي بنيادي:
1- سلول هاي بنيادي جنيني (ES Embryonic stem cell=)
2- سلول هاي بنيادي بالغ
3- سلول هاي بنيادي بند ناف
1- سلول هاي بنيادي جنيني:
در سال 1998 دانشمندان قادر به جدا سازي سلول هاي بنيادي از جنين انسان و رشد اين سلول ها در آزمايشگاه شدند. به اين سلول ها human ES مي گويند كه از جنين 3 تا 5 روزه مشتق مي شوند. براي توليد سلول هاي بنيادي جنيني در روز هفتم پس از لقاح در مرحله ي بلاستوسيست هنگامي كه سلول هاي جنين تمايز پيدا نكرده و هم شكل هستند بايد توده ي داخلي سلولي راجدا كرد، سپس با آنزيم تريپسين سلول ها را از هم جدا مي كنند، سلول حاصل را برروي سلول هايي به نام تغذيه كننده (eeder cell f )كه فيبروبلاستهاي موشي هستند و از جنين سيزده روزه ي موش تهيه مي شوند قرار مي دهند تا آنها را تغذيه كنند و جهت جلوگيري از تمايز سلول ها ماده اي به نام الايف به محيط كشت اضافه مي شود. در اين زمان سلول هاي بلاستوسيت عنوان سلول هاي بنيادي را مي گيرند كه مي توان آن ها را تكثير كرد يا طي انجماد براي سال ها نگهداري كرد . در نهايت يك رده سلول بنيادي تهيه مي شود. رده ي سلولي شامل سلول هايي است كه از يك والد مشترك تهيه شده اند و از لحاظ كاريوتيپ و خصوصيات ژنتيك كاملا شبيه هم هستند.
در پژوهشكده رويان ايران از جنين هاي اضافي كه براي درمان زوج هاي نا بارور توليد مي شوند استفاده مي شود. اين سلول ها پس از انجماد و ذوب شدن دوباره فعال شده و قادرند در محيط كشت، رده هاي متمايز سلولي را بوجود آورند.
۲- سلول هاي بنيادي بالغ:
سلول هاي تمايز نيافته اي هستند كه بين سلول هاي تمايز يافته ي يك بافت يا اندام وجود دارند و قادرند خود را تجديد كنند و به سلول هاي تمايز يافته تبديل شوند. امروزه اعتقاد بر اين است كه سلول هاي بنيادي بالغ قادرند علاوه بر تمايز به سلول هاي بافتي كه از آن منشا گرفته اند، به سلول هاي بافت هاي ديگر نيز تبديل شوند.
در سال 1960 ميلادي پژوهشگران متوجه شدند كه مغز استخوان داراي دو نوع جمعيت سلول بنيادي است:
1-hematopoietic stem cell (hsc) كه انواع سلول هاي خوني را مي سازد.
2- bone marrow stromal cell كه جمعيت سلولي مخلوطي هستند كه استخوان، غضروف، چربي و بافت همبند را مي سازند.
در همين سال ها در مغز نيز سلول هايي يافت شدند كه قادر به تبديل به سلول هاي عصبي بودند و سه نوع سلول آستروسيت، اليگودندروسيت و نورون را توليد مي كردند.
سلول هاي بنيادي بالغ در بسياري از بافت ها واندام ها ديده شدند و تعداد كمي از آن ها در هر بافت وجود دارد و در هر بافتي در يك مكاني به صورت quiescent (بدون تقسيم) براي سال ها و تا زماني كه توسط يك بيماري يا آسيب بافتي دوباره فعال شوند باقي مي مانند. بافت هاي بالغي كه داراي سلول هاي بنيادي اند شامل: مغز ، مغز استخوان ، خون محيطي ، رگ هاي خوني ، عضلات اسكلتي ، پوست و كبد مي باشند.
كنترل رفتار سلول هاي بنيادي
عوامل متعددي برروي رفتار سلول هاي بنيادي اثر گذار هستند كه از جمله آنها: عوامل رشد و سيتوكين ها هستند كه در هر بافتي متفاوتند.
سلول هاي بنيادي در هر بافت، تحت تاثير عامل هاي همان بافت به سلول هاي همان بافت تبديل مي شوند. تغيير اين عامل هادرمحيط آزمايشگاه ،موجب تغييرسرنوشت سلول هاي بنيادي ميشود. درواقع خصوصيات سلول هاي بنيادي به دليل بيان يك سري ژن هاي خاص در آنهاست و تغييردربيان اين ژن ها موجب تغيير رفتار سلول مي شود. سيتوكين ها و عوامل رشد از طريق گيرنده هاي سلولي روي بيان ژن ها اثر مي گذارند. بادرك چگونگي اثر اين مولكول ها و مواد بر روي فعاليت سلول هاي بنيادي مي توان رفتار آنها را در محيط كشت كنترل كرد وآنها را به سمت تمايز به سوي يك رده خاص سوق داد. علاوه بر پروتئين هاي محيط، شماري از پارامترهاي فيزيكي و شيميايي مانند اكسيژن، گلوكز و PH نيز تاثير قابل توجهي بر روي پاسخ سلول هاي بنيادي دارند. مثلا تكوين اووسيت و جنين در غلظت هاي بالاي گلوكز مهار مي شود. و تمايزسلول هاي جنيني به سلول هاي قلبي و خوني توسط اكسيژن و فراورده هاي آن تحت تاثير قرارمي گيرد.
براي تمايز به يك رده خاص مي توان از كشت همزمان سلول هاي بنيادي با سلول هاي رده مورد نظر استفاده كرد زيرا اين سلول ها داراي عامل هاي رشد موردنظر هستند. در نهايت با روش هاي مهندسي ژنتيك مي توان ژن هاي مورد نظر را وارد سلول هاي بنيادي كرد تا آنها به سلول هاي موردنظر تمايز يابند.
معايب ومزيت ها:
- سلولهاي بنيادي جنيني قادرند به همه انواع سلول هاي بدن تبديل شوند، اما انواع بالغ تنها قادرند به چند نوع سلول تبديل شوند.
- كشت ES ها به راحتي در مقياس وسيع امكان پذير است، اما تعداد سلول هاي بنيادي بالغ دربافت هاي بالغ محدود است و روش گسترش و افزايش تعداد آنها در محيط كشت هنوز چندان بهبود نيافته است. سلولهاي بنيادي بالغ در محيط كشت تمايل به تمايز دارند، به هنگام گسترش كشت آنها بايد مرتب سلول هاي تمايز يافته را جدا كرد زيرا تيپ هاي سلولي خاص و توليدات آنها ممكن است موجب انقراض كشت شوند.
- مهمترين مزيت و استفاده سلول هاي بنيادي بالغ اين است كه مي توان آن ها را از خود بيمار گرفت، در محيط كشت رشد داد و سپس دوباره به بيمار برگرداند. درنتيجه ديگر توسط سيستم ايمني دفع نمي شود اما ES ها دفع را نشان مي دهند. با استفاده از سلول هاي بنيادي فرد بالغ و تمايز آن ها به سلول هاي عصبي مي توان بيماري هايي همچون فلج اطفال، پاركينسون، آلزايمر وMS را درمان كرد.
در مطالعه اي كه در كشور آلمان بر روي بيماران مبتلا به آسيب شديد قلبي پس از سكته قلبي صورت گرفته است، سلول هاي نياكاني قلب خود بيمار مستقيما به داخل سرخرگ مسدود شده تزريق شدند، چهار ماه بعد اندازه بافت آسيب ديده تقريبا به اندازه 36% كاهش يافته و كاركرد قلب بيمار 10% افزايش يافته است.
3- سلول هاي بنيادي بند ناف:
بند ناف و جفت حاوي 50 تا 100 سي سي خون هستند كه در آن سلول هاي بنيادي بسياري وجود دارد. در بانك نگهداري سلول هاي بنيادي بند ناف موسسه ي رويان ايران، پس از جمع آوري خون بند ناف، پلاسماي آن دور ريخته مي شود و سلول هاي تك هسته اي كه سلول هاي بنيادي نيز جزء آن هستند با حجم هاي 20 تا 30 سي سي در كيسه هايي( پس از مشخص شدن HLAtyping) نگهداري مي شوند. اهميت موضوع در اين است كه از خاصيت درماني اين سلول ها مي توان در فرد دهنده و يا افرادي كه LAtyping Hآنها با اين سلول ها هم خواني دارد استفاده كرد. با ذخيره يك كيسه ي خون بند ناف احتمال پيدا كردن سلول با HLA مطابق براي بچه برابر 100% و50% براي پدر و مادر و 25% براي بقيه ي بچه ها مي باشد.
استفاده از سلول هاي بنيادي بندناف همچنين احتمال رد پيوند و ديگر عوارض را كاهش مي دهد. مشخص شده كه سلول هاي بنيادي موجود در خون بند ناف در درمان انواع سرطان ها، بيماري هاي ژنتيك، اختلالات خوني و نقص سيستم ايمني كاربرد دارد.
نخستين پيوند خون بند ناف در فرانسه در سال 1988 روي يك كودك با كم خوني فانكوني (يك نوع كم خوني مادر زادي) اتفاق افتاد. در سال 1991 روي كودك مبتلا به سرطان ميلوژني مزمن(CML) انجام شد، و هردو پيوند موفقيت آميز بود. اخيرا نيز با استفاده از سلول هاي بنيادي بندناف يك بيمار قطع نخاع شده بعد از 20 سال درمان شد.
انواع سلول هاي بنيادي براساس ميزان توانائي تمايز:
1- سلول هاي بنيادي همه تواني( :(Totipotentسلول هاي ابتدائي كه به دنبال تركيب شدن سلول تخمك و سلول اسپرم به وجود مي آيند. سلول هاي حاصل از چند تقسيم اول تخم لقاح يافته همه تواني هستند يعني مي توانند به هرنوع سلول ديگري بدون استثناء بدل شوند.
2- سلول هاي بنيادي پرتواني(Pluripotent): اين سلول ها اخلاف سلول هاي همه تواني هستند و مي توانند به هر نوع سلول ديگري به جز سلول هاي بنيادي همه تواني بدل شوند.
3-سلول هاي بنيادي چند تواني(Multipotent): تنها سلول هاي يك خانواده كاملا مرتبط مثلا سلول هاي خوني شامل سلول هاي قرمز، سفيد و پلاكت را توليد مي كنند.
4-سلول هاي بنيادي تك تواني(Unipotent) : تنها يك نوع سلول توليد مي كنند، اما مي توانند خودشان را تكثير كنند، خاصيتي كه در سلول هاي غير بنيادي ديده نمي شود.
پروژه تزريق سلول هاي شوان براي درمان ضايعات نخاعي در ايران:
اين پروژه 10 سال پيش كار خود را در ايران آغاز كرد. و براي اولين بار در جهان از سوي پژوهشگران ايراني در بيمارستان شريعتي و امام خميني وابسته به دانشگاه علوم پزشكي تهران انجام شده است. 9 بيمار بوسيله تزريق سلول هاي شوان به ضايعه نخاعي تحت درمان قرار گرفتند. پيش از اين، اين بيماران نمي توانستند حركت كنند ودر زمينه كنترل دفع ادرار و مدفوع مشكل داشتند ولي پس از عمل علائم بهبودي در آنها ظاهر شده است.
مراحل پروژه “سلول درماني” در مجتمع بيمارستان امام خميني :
مرحله اول: آزمون حيواني ازابتداي سال 1381 درموش شروع شد. موشها را ازكمر به پايين فلج كردند و سلول هاي مورد نظر از موشها گرفته شده و كشت و تكثير شدند و نهايتا پس از انتقال به نخاع موشهاي آسيب ديده بهبودي مشاهده شد و موشها پس از 20 روز قادر به حركت بودند.
مرحله دوم: از بهمن ماه سال 1384 اقدام درماني برروي اولين انسان داوطلب انجام شد. در اين روش سلول هاي شوان از عصب پاي شخص برداشته شده وبه مدت 3 الي 4 هفته كشت و تكثير و سپس عمل پيوند انجام مي شود.
عمل پيوند سلول براي ترميم ضايعات نخاعي بر روي انسان تاكنون غير از ايران در كشورهاي روسيه و چين نيز صورت گرفته، علي رغم تعداد زياد اين عمل در چين با استفاده ازسلول هاي بنيادي جنيني موفقيتي حاصل نشد. در روسيه ازسلول هاي بويايي مخاط بيني و مغز استخوان استفاده مي كنند و نتايج قابل قبولي بدست آمده است. ولي زمان بروز اولين آثار درمان بسيار بيشتر از روش منحصر به فرد انجام شده در كشور ماست.
چالشها:
با وجود پيشرفت هايي كه در فناوري استفاده از سلول هاي بنيادي بدست آمده بيشترين نگراني ها در مورد استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني انسان براي توليد گونه انسان است. با وجودي كه مشاهده مي شود الگوي بيان ژن ها در حيواناتي كه حاصل از انتقال هسته به سلول هاي انسان هستند تغيير كرده است و نيز ميزان موفقيت در توليد افراد سالم كم بوده است و با وجودي كه اختلالات فيزيكي در مطالعات مشابه با آن ديده شده است هنوز هم بحث هاي اخلاقي و حقوقي جدي هم بر عليه انتقال هسته به سلول تخم بدون هسته و هم بر عليه استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني براي توليد يك موجود كامل وجود دارد.
استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني و مطالعه روي آن ها يك چالش ديگر هم به همراه دارد و آن بحث تخريب جنين انسان است و اين كه كدام ارجحيت دارد؟ حفظ جنين انسان و يا تخريب آن به منظور مطالعه ي سلول هاي بنيادي و استفاده هاي بعدي از آن در پزشكي.
منابع:
1- دانش نامه ي شرق –مقاله ي سلول هاي بنيادي و پزشكي مولكولي – دكتر محمد رضا نوري دلوئي
2- دانش نامه ي شرق مقاله ي رويان تا رويان
3- http://www.royaninstiute.org/cordBlodBank.htm
4- http://www.jamejamdaily.net/shownews2.asp?n
5- http://www.mehrnews.com/fa.newsdetail.aspx?newsID=360920
6- http://rcstim.ac.ir/new-Research.htm