به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، مطالعه‌ای پیشگامانه که در مجله  Nature Communications منتشر شده، راهکارهایی برای بهبود عملکرد سلولی جزایر مشتق از سلول‌های بنیادی (SC-islets) در شرایط هیپوکسی بررسی کرده است، که مانعی کلیدی در درمان دیابت نوع یک (T1D) محسوب می‌شود. این پژوهش نشان می‌دهد که هیپوکسی، که در محل‌های پیوند مانند فضاهای زیرجلدی شایع است، به تدریج باعث از دست رفتن هویت و عملکرد متابولیکی سلول‌های بتا در SC-islets می‌شود. با استفاده از پروفایل‌سازی پیشرفته رونویسی، از جمله توالی‌یابی RNA تک‌سلولی و تجزیه و تحلیل چند‌امتیازی، این مطالعه ژن‌های کلیدی، به‌ویژه EDN3، را شناسایی کرد که عملکرد سلول‌های بتا را در شرایط کم‌اکسیژن حفظ می‌کنند. بیش‌بیان ژن EDN3 توانست هویت سلول‌های بتا و ترشح انسولین را حفظ کند و راهکاری امیدوارکننده برای بهبود اثربخشی درمان‌های مبتنی بر SC-islets ارائه دهد. این یافته‌ها بینش‌های حیاتی در مورد تأثیر مولکولی هیپوکسی ارائه داده و استراتژی‌های عملی برای بهبود نتایج بالینی در درمان‌های جایگزینی سلولی دیابت نوع یک پیشنهاد می‌کنند. 

چالش هیپوکسی در درمان دیابت نوع یک
دیابت نوع یک (T1D) یک بیماری خودایمنی مزمن است که با تخریب سلول‌های بتای تولیدکننده انسولین در پانکراس توسط سلول‌های T خودواکنشگر مشخص می‌شود. این تخریب منجر به کمبود ترشح انسولین، افزایش سطح گلوکز خون و عوارض طولانی‌مدت می‌شود. درمان‌های رایج شامل تزریق انسولین خارجی است، اما درمان‌های جایگزینی سلولی با استفاده از جزایر مشتق از سلول‌های بنیادی (SC-islets) به‌عنوان رویکردی نویدبخش برای بازگرداندن تعادل قند خون مطرح شده‌اند. با این حال، موفقیت این روش به حفظ بقا و عملکرد سلول‌های بتا پس از پیوند وابسته است. یکی از چالش‌های اصلی، کمبود اکسیژن (هیپوکسی) در محل‌های پیوند، به‌ویژه در فضاهای زیرجلدی و دستگاه‌های کپسوله‌شده است که برای محافظت ایمنی طراحی شده‌اند. هیپوکسی باعث استرس رتیکولوم آندوپلاسمیک و تولید گونه‌های اکسیژن واکنشی (ROS) می‌شود که می‌تواند به مرگ سلول‌های جزایر منجر شود. این مطالعه با تمرکز بر درک پاسخ SC-islets به هیپوکسی و یافتن راهکارهایی برای کاهش اثرات آن، گامی مهم در این زمینه برداشته است.

 تأثیر هیپوکسی بر هویت و عملکرد سلول‌های بتا
سلول‌های بتای پانکراس برای تولید انسولین به متابولیسم هوازی وابسته‌اند و در پانکراس طبیعی از شبکه عروقی متراکمی بهره می‌برند که فشار اکسیژن (pO2) حدود ۴۰ تا ۶۰ میلی‌متر جیوه را تأمین می‌کند. اما در محل‌های پیوند مانند کپسول کلیوی، pO2 به زیر ۱۰ میلی‌متر جیوه (معادل ۱-۲٪ اکسیژن) کاهش می‌یابد که شرایط هیپوکسی شدیدی ایجاد می‌کند. این مطالعه با بررسی SC-islets در شرایط مختلف اکسیژن (۲۱٪، ۵٪ و ۲٪) طی شش هفته، کاهش تدریجی هویت و عملکرد متابولیکی سلول‌های بتا را نشان داد. در شرایط نرمال (۲۱٪ اکسیژن)، درصد سلول‌های بتا (C-peptide+/NKX6.1+) پایدار ماند، اما در شرایط هیپوکسی (۵٪ و ۲٪)، این درصد از حدود ۵۵٪ در روز صفر به ۱۰٪ در هفته ششم کاهش یافت. تجزیه و تحلیل جریان‌سنجی و رنگ‌آمیزی ایمونوفلورسانس این کاهش را تأیید کرد، در حالی که تعداد کل سلول‌ها تغییر قابل‌توجهی نداشت، نشان‌دهنده تغییر در بیان ژن به‌جای مرگ سلولی بود.

 تحلیل مولکولی پاسخ به هیپوکسی
برای درک مکانیزم‌های مولکولی، این مطالعه از توالی‌یابی RNA تک‌سلولی و تجزیه و تحلیل چند‌امتیازی استفاده کرد تا پاسخ SC-islets به هیپوکسی را بررسی کند. نتایج نشان داد که سلول‌های بتا (SC-β) در مقایسه با سایر سلول‌های اندوکرین مانند SC-α و SC-EC، تغییرات پویایی در هویت سلولی نشان می‌دهند. تحلیل مسیرهای سیگنالینگ نشان داد که مسیرهای گلیکولیز، فاکتور القایی هیپوکسی (HIF) و متابولیسم کربن مرکزی در شرایط هیپوکسی فعال می‌شوند، در حالی که مسیر ترشح انسولین کاهش می‌یابد. ژن‌هایی مانند LDHA و PKM (مرتبط با گلیکولیز) و SLC2A1 (مرتبط با مسیر HIF) در شرایط کم‌اکسیژن افزایش بیان داشتند، اما ژن‌های مرتبط با ترشح انسولین مانند INS و PDX1 کاهش یافتند. تحلیل سرعت RNA نشان داد که سلول‌های بتا در هیپوکسی به‌تدریج بیان نشانگرهای خاص خود، به‌ویژه انسولین، را متوقف می‌کنند، در حالی که سلول‌های SC-α و SC-EC پایداری نسبی داشتند.

شناسایی ژن‌های کلیدی برای حفظ هویت سلول‌های بتا
این مطالعه با استفاده از غربالگری در مقیاس ژنومی، ژن‌هایی را شناسایی کرد که هویت سلول‌های بتا را در شرایط هیپوکسی حفظ می‌کنند. ژن EDN3 به‌عنوان یک بازیگر کلیدی برجسته شد. بیش‌بیان EDN3 در SC-islets توانست هویت و عملکرد سلول‌های بتا را در شرایط هیپوکسی (۲٪ اکسیژن) حفظ کند. تجزیه و تحلیل توالی‌یابی RNA تک‌سلولی نشان داد که SC-islets با بیش‌بیان EDN3 پس از چهار هفته هیپوکسی، ۴۰٪ از سلول‌های بتا با بیان بالای انسولین را حفظ کردند، در حالی که این میزان در گروه کنترل تنها ۱۴٪ بود. EDN3 همچنین بیان نشانگرهای سلول بتا مانند IAPP و ITGA1 را حفظ کرد و پروفایل ژنومی آن‌ها را به سلول‌های بتا در شرایط نرمال (۲۱٪ اکسیژن) نزدیک‌تر کرد. آزمایش‌های پیوند در موش‌های NSG نیز نشان داد که SC-islets با بیش‌بیان EDN3 پس از یک هفته در فضای زیرجلدی، شباهت بیشتری به سلول‌های بتای پانکراس طبیعی دارند.

پیامدهای بالینی و آینده درمان‌های سلولی 
یافته‌های این مطالعه پیامدهای مهمی برای درمان‌های جایگزینی سلولی در دیابت نوع یک دارد. بیش‌بیان EDN3 نه‌تنها هویت سلول‌های بتا را حفظ می‌کند، بلکه عملکرد آن‌ها را در پاسخ به گلوکز در شرایط هیپوکسی بهبود می‌بخشد، همان‌طور که در آزمایش‌های ترشح انسولین تحریک‌شده با گلوکز (GSIS) نشان داده شد. این نتایج نشان می‌دهد که EDN3 می‌تواند به‌عنوان یک مداخله بالقوه برای بهبود بقای SC-islets پس از پیوند استفاده شود. با توجه به محدودیت‌های اکسیژن در محل‌های پیوند، به‌ویژه در دستگاه‌های کپسوله‌شده، این یافته‌ها راه را برای طراحی استراتژی‌های جدید برای افزایش کارایی درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی هموار می‌کنند. تحقیقات آینده می‌توانند بر بهینه‌سازی بیان EDN3 و بررسی سایر ژن‌های شناسایی‌شده مانند ASIC1 و DOK4 متمرکز شوند تا اثربخشی درمان‌های SC-islet را در محیط‌های بالینی بهبود بخشند. علاوه بر این، این مطالعه بر اهمیت یکپارچه‌سازی رویکردهای مولکولی و مهندسی زیستی برای غلبه بر محدودیت‌های هیپوکسی تأکید دارد. استفاده از فناوری‌های پیشرفته مانند بیوراکتورهای تأمین‌کننده اکسیژن یا مواد زیست‌سازگار می‌تواند مکمل بیش‌بیان EDN3 باشد و بقای طولانی‌مدت SC-islets را تقویت کند. همچنین، شناسایی ژن‌های دیگر مانند ASIC1 و DOK4 فرصت‌هایی برای مداخلات ترکیبی فراهم می‌کند. این پیشرفت‌ها می‌توانند به استانداردسازی پروتکل‌های پیوند SC-islets کمک کنند و دسترسی بیماران به درمان‌های مؤثرتر را افزایش دهند. تحقیقات آینده باید بر آزمایش‌های بالینی متمرکز شوند تا اثربخشی این استراتژی‌ها در انسان تأیید شود.

پایان مطلب/.