به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، پژوهش‌های دو دهه اخیر نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی عصبی انسانی (hNSCs) نقش کلیدی در مدل‌سازی و درمان بیماری‌هایی نظیر سرطان، آلزایمر، پارکینسون، فلج مغزی و مولتیپل اسکلروزیس دارند. با این حال، محدودیت‌های مربوط به شرایط کشت مطابق با استانداردهای تولید خوب (cGMP)، به‌ویژه نیاز به محیط‌های بدون مواد حیوانی و شیمیایی تعریف‌شده، مانع از انتقال این فناوری به کاربردهای بالینی شده است. ماده گِل‌ترکس، به‌عنوان بستر اصلی کشت hNSCs، به دلیل منشأ حیوانی و هزینه بالا، با این استانداردها سازگار نیست. در مقابل، مواد مبتنی بر کیتوسان به دلیل زیست‌سازگاری، غیرسمی بودن و خواص ضدمیکروبی، به‌عنوان جایگزین‌های امیدوارکننده مطرح شده‌اند. این پژوهش با بررسی فیلم‌های هیبریدی کیتوسان-آلژینات (CA) و کیتوسان-هیالورونیک اسید (CHA) با نسبت‌های مختلف، نشان داد که این مواد می‌توانند محیطی مناسب برای چسبندگی، تکثیر و حفظ چند‌توانی hNSCs فراهم کنند. فیلم‌های خالص کیتوسان بهترین عملکرد را در حمایت از رشد و چند‌توانی سلول‌ها نشان دادند. این یافته‌ها گامی مهم در جهت توسعه مواد مقرون‌به‌صرفه و سازگار با کاربردهای بالینی برای درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی در پزشکی بازساختی به شمار می‌روند.

اهمیت سلول‌های بنیادی عصبی در پزشکی بازساختی

نقش hNSCs در درمان بیماری‌های عصبی
سلول‌های بنیادی عصبی انسانی (hNSCs) در دو دهه گذشته به‌عنوان ابزاری کلیدی در تحقیقات پزشکی برای مدل‌سازی و درمان بیماری‌های پیچیده مانند سرطان، آلزایمر، پارکینسون، فلج مغزی و مولتیپل اسکلروزیس شناخته شده‌اند. این سلول‌ها از طریق کاشت مستقیم یا مدل‌سازی پیشرفت بیماری و ارزیابی اثربخشی داروها، پتانسیل بالایی در درمان نشان داده‌اند. با این حال، انتقال این رویکردهای تجربی به کاربردهای بالینی با چالش‌های متعددی مواجه است، از جمله نیاز به رعایت استانداردهای سخت‌گیرانه تولید خوب (cGMP) که مستلزم استفاده از محیط‌های کشت بدون مواد حیوانی و شیمیایی تعریف‌شده است.

محدودیت‌های بسترهای سنتی کشت سلول

چالش‌های گِل‌ترکس و ماتری‌ژل در کاربردهای بالینی
گِل‌ترکس، به‌عنوان بستر اصلی برای کشت hNSCs، به دلیل ترکیب پروتئین‌های ماتریکس خارج‌سلولی (ECM)، از چسبندگی، تکثیر و تمایز سلول‌ها پشتیبانی می‌کند. با این حال، این ماده که از تومورهای موشی استخراج می‌شود، به دلیل منشأ حیوانی و هزینه بالا، با استانداردهای بدون مواد حیوانی و شیمیایی تعریف‌شده موردنیاز برای کاربردهای بالینی سازگار نیست. ماتری‌ژل نیز محدودیت‌های مشابهی دارد. این مسائل ضرورت توسعه بسترهای جایگزین را که هم مقرون‌به‌صرفه باشند و هم با استانداردهای بالینی هم‌خوانی داشته باشند، برجسته می‌کند.

مزایای کیتوسان به‌عنوان biomaterial
کیتوسان، یک پلی‌ساکارید طبیعی، به دلیل زیست‌سازگاری، غیرسمی بودن و خواص ضدمیکروبی، به‌عنوان یک ماده زیستی کم‌هزینه و قابل‌تنظیم مورد توجه قرار گرفته است. این ماده در ساخت فیلم‌های نازک، میکروبیدها و هیدروژل‌هایی استفاده شده که از رشد و تمایز سلول‌های عصبی و پیش‌سازهای عصبی پشتیبانی می‌کنند. کیتوسان همچنین در بهبود آسیب‌های عصبی، مانند آسیب عصب سیاتیک در موش‌ها، نتایج مثبتی نشان داده است. این ویژگی‌ها کیتوسان را به گزینه‌ای ایده‌آل برای توسعه بسترهای کشت سلول‌های بنیادی تبدیل کرده است.

توسعه فیلم‌های هیبریدی CA و CHA

در این مطالعه، فیلم‌های هیبریدی کیتوسان-آلژینات (CA) و کیتوسان-هیالورونیک اسید (CHA) با نسبت‌های مختلف (0:1، 1:3، 1:1، 3:1 و 1:0) طراحی شدند تا بسترهایی با خواص شیمیایی تعریف‌شده، قابل‌تنظیم مکانیکی و بدون مواد حیوانی ایجاد کنند. آلژینات و هیالورونیک اسید، به‌عنوان پلیمرهای طبیعی غیرپروتئینی، ساختار گلیکوزآمینوگلیکان‌های ماتریکس خارج‌سلولی را تقلید می‌کنند. ترکیب این مواد با کیتوسان، که بار مثبت دارد، فیلم‌هایی با خواص مکانیکی بهبودیافته و چسبندگی سلولی بهتر تولید کرد.

فرآیند تولید و بررسی خواص فیزیکی
فیلم‌های CA، CHA و خالص کیتوسان با استفاده از محلول‌های 0.3% وزنی کیتوسان، آلژینات و هیالورونیک اسید در اسید استیک 1% تهیه شدند. این فیلم‌ها پس از خشک شدن در هوا و خنثی‌سازی با محلول آمونیاک و متانول، با آب مقطر شست‌وشو و با اتانول 70% استریل شدند. خواص سطحی فیلم‌ها، از جمله زاویه تماس با آب (هیدروفیلیسیتی)، توپوگرافی سطح (با میکروسکوپ الکترونی روبشی)، و خواص مکانیکی (با میکروسکوپ نیروی اتمی) بررسی شدند. نتایج نشان داد که فیلم‌ها شفاف، با توپوگرافی یکنواخت و هیدروفیلیک هستند، که برای کشت سلول‌های بنیادی عصبی مناسب است.

چسبندگی و تکثیر hNSCs
سلول‌های hNSC-H14، مشتق از سلول‌های بنیادی جنینی انسانی، روی فیلم‌های CA، CHA و خالص کیتوسان کشت شدند. تصاویر میکروسکوپی و رنگ‌آمیزی زنده/مرده نشان داد که فیلم‌های خالص کیتوسان بهترین چسبندگی و تکثیر سلولی را فراهم می‌کنند، در حالی که فیلم‌های با نسبت بالای آلژینات یا هیالورونیک اسید تمایل به تشکیل خوشه‌های سلولی داشتند که می‌تواند به نکروز در مرکز خوشه‌ها منجر شود. آزمون alamarBlue نیز افزایش فعالیت متابولیکی را در فیلم‌های با کیتوسان بیشتر تأیید کرد.

تحلیل چند‌توانی سلول‌ها

تحلیل جریان‌سنجی و ایمونوسیتوشیمی نشان داد که فیلم‌های خالص کیتوسان بالاترین سطح بیان نشانگرهای چند‌توانی مانند SOX2، nestin و Ki67 را پشتیبانی می‌کنند. در فیلم‌های CA، افزایش محتوای کیتوسان با افزایش بیان این نشانگرها همراه بود. در فیلم‌های CHA، نسبت 1:1 بالاترین جمعیت دوگانه مثبت SOX2/Ki67 را نشان داد، که ممکن است به تعادل بهینه بین بار سطحی و گیرنده‌های سلولی مربوط باشد. این یافته‌ها برتری فیلم‌های کیتوسان خالص را در حفظ چند‌توانی hNSCs تأیید کردند.

تأثیر خواص مکانیکی و شیمیایی

اندازه‌گیری زاویه تماس با آب نشان داد که فیلم‌های با نسبت 1:1 کیتوسان به آلژینات یا هیالورونیک اسید، هیدروفیلیسیتی بهینه‌ای دارند که چسبندگی سلولی را بهبود می‌بخشد. تحلیل میکروسکوپ نیروی اتمی نیز حاکی از آن بود که این نسبت‌ها مدول الاستیسیته بالاتری دارند، که احتمالاً به دلیل پیوندهای الکترواستاتیکی قوی‌تر بین کیتوسان و پلیمرهای دیگر است. این خواص مکانیکی و شیمیایی بهینه، محیطی مناسب برای رشد و تمایز hNSCs فراهم می‌کنند.

مقایسه با بسترهای سنتی

در حالی که گِل‌ترکس به طور مداوم بالاترین سطح تکثیر و بیان نشانگرها را نشان داد، فیلم‌های خالص کیتوسان عملکردی نزدیک به آن داشتند، بدون نیاز به پروتئین‌های ماتریکس خارج‌سلولی مانند لامینین یا فیبرونکتین. این ویژگی، همراه با هزینه پایین و سازگاری با استانداردهای بدون مواد حیوانی، فیلم‌های کیتوسان را به جایگزینی جذاب برای بسترهای سنتی تبدیل می‌کند.

کاربردهای بالینی و آینده پژوهشی

یافته‌های این مطالعه نشان‌دهنده پیشرفت قابل‌توجهی در توسعه مواد زیستی برای کشت hNSCs است. فیلم‌های کیتوسان-آلژینات و کیتوسان-هیالورونیک اسید، به‌ویژه فیلم‌های خالص کیتوسان، پتانسیل بالایی برای استفاده در درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی در پزشکی بازساختی دارند. تحقیقات آینده باید بر بهینه‌سازی نسبت‌های پلیمری، بررسی اثرات بلندمدت این فیلم‌ها بر تمایز سلولی و ارزیابی عملکرد آن‌ها در مدل‌های حیوانی متمرکز شود.

نتیجه‌گیری

این پژوهش با موفقیت نشان داد که فیلم‌های مبتنی بر کیتوسان، به‌ویژه فیلم‌های خالص کیتوسان، می‌توانند به‌عنوان بسترهایی مقرون‌به‌صرفه، سازگار با استانداردهای بالینی و مؤثر برای کشت hNSCs عمل کنند. این فیلم‌ها با ارائه محیطی با خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب، چسبندگی، تکثیر و چند‌توانی سلول‌های بنیادی عصبی را بهبود می‌بخشند. این پیشرفت‌ها راه را برای توسعه درمان‌های نوین در حوزه بیماری‌های عصبی هموار می‌کنند و نشان‌دهنده پتانسیل بالای کیتوسان در پزشکی بازساختی هستند.

پایان مطلب./