استرس‌های مکانیکی بر رفتارهای سلولی، از جمله تکثیر و تمایز، تأثیر می‌گذارند. بدن‌های جنینی (EBs) مشتق از سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) توده‌های چندتوانی هستند که می‌توانند به انواع سلول‌های سوماتیک تمایز یابند. این مطالعه که در دانشگاه ملی جئونبوک کره جنوبی انجام شد، اثرات استرس کششی چرخه‌ای (2% کشش با فرکانس 0.5 هرتز) را بر تمایز EBs به استئوسیت‌های معدنی‌شده در محیط استئوژنیک بررسی کرد. EBs در محیط استئوژنیک، بیان نشانگرهای چندتوانی (Oct4، Sox2) را کاهش داده و RUNX2 و β-catenin را انباشته کردند. استرس کششی معدنی‌سازی EBs را از طریق کاهش بیان bone sialoprotein، osteocalcin، osterix و RUNX2 مهار کرد. مهار β-catenin با siRNA تأثیر معنی‌داری بر پتانسیل استئوژنیک نداشت، اما مهارکننده PD98059 (مهارکننده ERK) معدنی‌سازی و بیان ژن‌های استئوژنیک را کاهش داد. کاهش فسفریلاسیون ERK1 (نه ERK2) در EBs تحت استرس کششی مشهود بود. سرکوب ERK1 با siRNA معدنی‌سازی و بیان ژن‌های استئوژنیک را مهار کرد. این مطالعه نشان می‌دهد که استرس کششی از طریق کاهش سیگنالینگ وابسته به ERK1 و بیان ژن‌های استئوژنیک، پتانسیل استئوژنیک EBs را مهار می‌کند.

مقدمه: نقش استرس مکانیکی در تمایز سلولی  
بدن‌های جنینی (EBs) توده‌های سه‌بعدی از سلول‌های بنیادی جنینی هستند که پتانسیل تمایز به انواع سلول‌ها را دارند و در پزشکی بازساختی کاربرد دارند. استرس‌های مکانیکی، مانند استرس کششی، بر تکثیر و تمایز سلول‌ها تأثیر می‌گذارند، اما اثرات آن‌ها بر EBs کمتر بررسی شده است. این مطالعه تأثیر استرس کششی چرخه‌ای (2% کشش، 0.5 هرتز) را بر تمایز استئوژنیک EBs در محیط استئوژنیک بررسی کرد، با تمرکز بر نقش مسیرهای سیگنالینگ MAPK (ERK، JNK، p38) و Wnt/β-catenin در تنظیم بیان ژن‌های استئوژنیک و معدنی‌سازی.

یافته‌های کلیدی: مهار استئوژنز توسط استرس کششی  
EBs در محیط استئوژنیک (حاوی دگزامتازون، اسید آسکوربیک و β-گلیسروفسفات) بیان Oct4 و Sox2 را کاهش داده و RUNX2 و osterix را افزایش دادند، که نشان‌دهنده تمایز به سمت استئوژنز بود. استرس کششی (2% کشش، 0.5 هرتز، 1 ساعت روزانه یا هر دو روز یک‌بار به مدت 5 یا 14 روز) معدنی‌سازی EBs را کاهش داد، که با کاهش چگالی نوری ARS (p<0.05) و تعداد EBs با قطر بیش از 300 میکرومتر تأیید شد. بیان ژن‌های استئوژنیک (RUNX2، osterix، BSP، OCN) در EBs تحت استرس کششی به‌طور معنی‌داری (p<0.05 یا p<0.01) کاهش یافت، در حالی‌که ALP و OPN تغییر معنی‌داری نشان ندادند. مهار β-catenin با siRNA تأثیر قابل‌توجهی بر معدنی‌سازی نداشت، اما مهار ERK با PD98059 (10 میکرومولار) معدنی‌سازی و بیان ژن‌های استئوژنیک را کاهش داد. کاهش فسفریلاسیون ERK1 (نه ERK2) در EBs تحت استرس کششی مشاهده شد. سرکوب ERK1 با siRNA معدنی‌سازی و بیان ژن‌های استئوژنیک را مهار کرد، که نشان‌دهنده نقش کلیدی ERK1 در میانجی‌گری اثرات استرس کششی است.

 نقش ERK1 در سرکوب استئوژنز  
استرس کششی با کاهش فسفریلاسیون ERK1، سیگنالینگ MAPK را مختل کرد، که منجر به کاهش بیان RUNX2 و ژن‌های وابسته به آن (BSP، OCN، osterix) شد. RUNX2 یک فاکتور کلیدی در تمایز استئوژنیک است و کاهش آن معدنی‌سازی را مهار کرد. برخلاف انتظار، β-catenin نقش مهمی در این فرآیند نداشت، که نشان می‌دهد مسیر Wnt/β-catenin در پاسخ به استرس کششی در EBs کمتر دخیل است. مهارکننده‌های JNK (SP600125) و p38 (SB203580) تأثیر معنی‌داری بر معدنی‌سازی نداشتند، که بر نقش اختصاصی ERK1 تأکید دارد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که استرس کششی از طریق مهار مسیر ERK1/RUNX2 تمایز استئوژنیک را سرکوب می‌کند.

پیامدها برای پزشکی بازساختی  
این مطالعه نشان می‌دهد که استرس کششی می‌تواند پتانسیل استئوژنیک EBs را در کاربردهای پزشکی بازساختی، مانند بازسازی هدایت‌شده بافت (GTR)، کاهش دهد. درک مکانیسم‌های مکانیکی مانند مسیر ERK1/RUNX2 می‌تواند به طراحی داربست‌های بهینه برای حمایت از تمایز استئوژنیک کمک کند. تنظیم دقیق شرایط مکانیکی، مانند کاهش استرس کششی یا استفاده از مهارکننده‌های خاص، می‌تواند اثرات منفی را کاهش داده و بازده تمایز EBs را بهبود بخشد. این یافته‌ها برای توسعه درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی در ترمیم استخوان حیاتی هستند.

بهبود استراتژی‌های بازسازی استخوان  
تحقیقات آینده باید بر بررسی اثرات انواع مختلف استرس مکانیکی (مانند فشاری یا برشی) بر EBs و نقش سایر مسیرهای سیگنالینگ تمرکز کنند. توسعه داربست‌های زیست‌سازگار با خواص مکانیکی کنترل‌شده می‌تواند اثرات منفی استرس کششی را کاهش دهد. آزمایش‌های in vivo برای اعتبارسنجی این یافته‌ها و ارزیابی پتانسیل EBs در بازسازی استخوان ضروری است. همکاری با مهندسان بافت و زیست‌مواد می‌تواند به طراحی سیستم‌های پیشرفته برای حمایت از تمایز استئوژنیک منجر شود.

نقش استرس مکانیکی: چالش‌ها در تمایز سلولی  
استرس‌های مکانیکی، مانند استرس کششی، نقش مهمی در تنظیم سرنوشت سلول‌های بنیادی دارند، اما اثرات منفی آن‌ها، مانند مهار استئوژنز، می‌توانند چالش‌هایی برای کاربردهای بازساختی ایجاد کنند. این مطالعه بر اهمیت درک مکانیسم‌های مکانیکی، به‌ویژه مسیر ERK1/RUNX2، در بهینه‌سازی تمایز EBs تأکید دارد. استفاده از مدل‌های سه‌بعدی مانند EBs ابزارهای ارزشمندی برای مطالعه تعاملات مکانیکی-زیستی فراهم می‌کند.

نتیجه‌گیری: استرس کششی و مهار استئوژنز  
استرس کششی چرخه‌ای تمایز استئوژنیک و معدنی‌سازی EBs را از طریق کاهش سیگنالینگ ERK1/RUNX2 و بیان ژن‌های استئوژنیک مهار می‌کند. این مطالعه نقش کلیدی ERK1 را در میانجی‌گری اثرات استرس مکانیکی نشان می‌دهد و بر نیاز به تنظیم شرایط مکانیکی در کاربردهای بازسازی استخوان تأکید دارد. این یافته‌ها راه را برای توسعه استراتژی‌های پیشرفته در پزشکی بازساختی و مهندسی بافت هموار می‌کنند.

پایان مطلب/