به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در دهه‌های اخیر، پیشرفت‌های علمی در حوزه زیست‌فناوری و پزشکی بازساختی، امیدهای تازه‌ای برای درمان بیماری‌های پیچیده ایجاد کرده است. یکی از حوزه‌های نوظهور و هیجان‌انگیز، استفاده از باکتری‌ها در مهندسی سلول‌های بنیادی است. این رویکرد نوین، که در مقالاتی با عناوین «مواد مبتنی بر باکتری برای مهندسی سلول‌های بنیادی»، «سلول‌های نانو/ژنتیکی مهندسی‌شده برای ایمونوتراپی» و «هدف‌گیری فروپتوز ناشی از باکتری در سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان برای ترمیم نقایص استخوانی عفونی» بررسی شده، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم باکتری‌ها در بهبود عملکرد سلول‌های بنیادی و درمان بیماری‌هاست.

باکتری‌ها: از دشمن به دوست در پزشکی

باکتری‌ها معمولاً به‌عنوان عامل بیماری شناخته می‌شوند، اما تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که این موجودات میکروسکوپی می‌توانند به‌عنوان ابزارهای قدرتمند در پزشکی مورد استفاده قرار گیرند. باکتری‌ها به دلیل توانایی‌های منحصربه‌فردشان، مانند تولید مواد زیستی، تعامل با سلول‌های انسانی و حتی قابلیت مهندسی ژنتیکی، به گزینه‌ای جذاب برای دانشمندان تبدیل شده‌اند. در مهندسی سلول‌های بنیادی، باکتری‌ها می‌توانند به‌عنوان کاتالیزورهایی عمل کنند که رفتار و عملکرد این سلول‌ها را بهبود می‌بخشند.

سلول‌های بنیادی، به‌ویژه سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان (BMSCs)، به دلیل توانایی تمایز به انواع سلول‌های مختلف، مانند سلول‌های استخوانی، غضروفی و چربی، در ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده نقش کلیدی دارند. اما چالش‌هایی مانند مرگ سلولی در محیط‌های عفونی یا کاهش توانایی تمایز، استفاده از این سلول‌ها را محدود کرده است. اینجاست که باکتری‌ها و مواد مشتق‌شده از آن‌ها وارد میدان می‌شوند.

مواد مبتنی بر باکتری برای مهندسی سلول‌های بنیادی

یکی از رویکردهای نوین در مهندسی سلول‌های بنیادی، استفاده از مواد زیستی مبتنی بر باکتری‌هاست. این مواد، که اغلب از پلی‌ساکاریدها یا پروتئین‌های تولیدشده توسط باکتری‌ها به دست می‌آیند، می‌توانند به‌عنوان داربست‌هایی برای رشد و تمایز سلول‌های بنیادی عمل کنند. برای مثال، باکتری‌هایی مانند Bacillus subtilis یا Escherichia coli می‌توانند پلیمرهای زیستی مانند اسید هیالورونیک یا کلاژن تولید کنند که در داربست‌های سه‌بعدی برای مهندسی بافت استفاده می‌شوند.

این داربست‌ها محیطی شبیه به بافت طبیعی بدن فراهم می‌کنند و به سلول‌های بنیادی کمک می‌کنند تا به‌طور مؤثرتری رشد کرده و به سلول‌های مورد نیاز تمایز یابند. علاوه بر این، باکتری‌ها می‌توانند به‌صورت ژنتیکی مهندسی شوند تا مواد خاصی تولید کنند که خواص ضدالتهابی یا ضدباکتریایی دارند. این ویژگی به‌ویژه در ترمیم بافت‌هایی که در معرض عفونت هستند، مانند نقایص استخوانی، بسیار مفید است.

مزیت دیگر این رویکرد، پایداری و هزینه کم تولید مواد مبتنی بر باکتری است. در مقایسه با روش‌های سنتی که نیاز به استخراج مواد از منابع حیوانی دارند، تولید باکتریایی سریع‌تر، ارزان‌تر و با کنترل کیفیت بهتری انجام می‌شود. این موضوع، مقیاس‌پذیری این فناوری را برای کاربردهای کلینیکی افزایش می‌دهد.

سلول‌های نانو/ژنتیکی مهندسی‌شده برای ایمونوتراپی

ایمونوتراپی، که به معنای استفاده از سیستم ایمنی بدن برای مبارزه با بیماری‌هاست، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های درمانی در پزشکی مدرن است. در این زمینه، ترکیب فناوری نانو و مهندسی ژنتیکی با باکتری‌ها، امکانات جدیدی برای تقویت سلول‌های بنیادی و بهبود ایمونوتراپی ایجاد کرده است.

در مقاله «سلول‌های نانو/ژنتیکی مهندسی‌شده برای ایمونوتراپی»، محققان نشان داده‌اند که چگونه باکتری‌های مهندسی‌شده می‌توانند به‌عنوان حامل‌هایی برای انتقال نانوذرات یا ژن‌های خاص به سلول‌های بنیادی عمل کنند. برای مثال، باکتری‌هایی مانند Listeria monocytogenes یا Salmonella typhimurium می‌توانند به‌صورت ژنتیکی تغییر داده شوند تا مولکول‌های درمانی یا نانوذرات حاوی دارو را به سلول‌های هدف برسانند. این روش به‌ویژه در درمان سرطان، جایی که نیاز به هدف‌گیری دقیق سلول‌های سرطانی است، کاربرد دارد.

باکتری‌ها در این فرآیند به‌عنوان «کارخانه‌های زیستی» عمل می‌کنند که می‌توانند پروتئین‌های خاصی تولید کنند یا نانوذرات را به‌گونه‌ای تنظیم کنند که سیستم ایمنی را فعال کنند. این فعال‌سازی می‌تواند سلول‌های بنیادی را به سمت تولید سلول‌های ایمنی مانند لنفوسیت‌های T هدایت کند، که در مبارزه با تومورها نقش دارند. همچنین، نانوذرات می‌توانند خواص ضدالتهابی داشته باشند و از مرگ سلول‌های بنیادی در محیط‌های التهابی جلوگیری کنند.

این رویکرد نه‌تنها کارایی ایمونوتراپی را افزایش می‌دهد، بلکه با کاهش عوارض جانبی، ایمنی درمان را نیز بهبود می‌بخشد. با این حال، چالش‌هایی مانند کنترل دقیق رفتار باکتری‌ها در بدن و اطمینان از عدم ایجاد پاسخ ایمنی ناخواسته همچنان نیاز به تحقیق بیشتری دارد.

هدف‌گیری فروپتوز ناشی از باکتری برای ترمیم نقایص استخوانی

یکی از چالش‌های بزرگ در ترمیم نقایص استخوانی عفونی، مرگ سلول‌های بنیادی مزانشیمی در محیط‌های آلوده به باکتری است. مقاله «هدف‌گیری فروپتوز ناشی از باکتری در سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان» به‌طور خاص به این مشکل پرداخته و مکانیسم جدیدی به نام فروپتوز را معرفی کرده است.

فروپتوز نوعی مرگ سلولی برنامه‌ریزی‌شده است که با تجمع پراکسیدهای لیپیدی و آهن در سلول‌ها مشخص می‌شود. در محیط‌های عفونی، باکتری‌هایی مانند Staphylococcus aureus و Escherichia coli با فعال‌سازی پاسخ ایمنی ذاتی در سلول‌های بنیادی، باعث افزایش بیان پروتئینی به نام ACSL4 می‌شوند. این پروتئین، که توسط فاکتور رونویسی IRF7 تنظیم می‌شود، فروپتوز را تحریک کرده و منجر به مرگ سلول‌های بنیادی می‌شود.

محققان در این مطالعه نشان داده‌اند که مهار فروپتوز با استفاده از موادی مانند Ferrostatin-1 (Fer-1) می‌تواند مرگ سلول‌های بنیادی را کاهش داده و توانایی آن‌ها را برای تمایز به سلول‌های استخوانی حفظ کند. آن‌ها همچنین یک داربست سه‌بعدی چاپ‌شده با هیدروژل طراحی کرده‌اند که قادر است به‌صورت پاسخ‌گو به گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) عمل کند. این داربست، کیتوسان ضدباکتری و Fer-1 را به‌صورت کنترل‌شده آزاد می‌کند، که هم باکتری‌ها را از بین می‌برد و هم از فروپتوز سلول‌های بنیادی جلوگیری می‌کند.

این فناوری در مدل‌های حیوانی موش و رت آزمایش شده و نتایج امیدوارکننده‌ای در ترمیم نقایص استخوانی عفونی نشان داده است. این رویکرد می‌تواند راه را برای درمان‌های مؤثرتر در بیماران مبتلا به عفونت‌های استخوانی، مانند استئومیلیت، هموار کند.

چالش‌ها و چشم‌انداز آینده

با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، استفاده از باکتری‌ها در مهندسی سلول‌های بنیادی همچنان با چالش‌هایی روبه‌روست. یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها، ایمنی این روش‌هاست. باکتری‌ها، حتی اگر مهندسی‌شده باشند، ممکن است پاسخ‌های ایمنی ناخواسته ایجاد کنند یا در بدن به‌صورت غیرقابل‌کنترل تکثیر شوند. بنابراین، توسعه روش‌های دقیق برای کنترل رفتار باکتری‌ها ضروری است.

علاوه بر این، مقیاس‌پذیری و هزینه تولید این فناوری‌ها برای کاربردهای کلینیکی همچنان نیاز به بهینه‌سازی دارد. استانداردسازی فرآیندهای تولید و آزمایش‌های بالینی گسترده نیز برای اطمینان از اثربخشی و ایمنی این روش‌ها لازم است.

با این حال، چشم‌انداز آینده این حوزه بسیار روشن است. ترکیب باکتری‌ها با فناوری‌های پیشرفته مانند نانوتکنولوژی، چاپ سه‌بعدی و مهندسی ژنتیک، می‌تواند به توسعه درمان‌های شخصی‌سازی‌شده منجر شود. این درمان‌ها نه‌تنها بیماری‌های پیچیده مانند سرطان و عفونت‌های استخوانی را هدف قرار می‌دهند، بلکه می‌توانند کیفیت زندگی بیماران را به‌طور قابل‌توجهی بهبود ببخشند.

نتیجه‌گیری

باکتری‌ها، که زمانی تنها به‌عنوان عوامل بیماری‌زا شناخته می‌شدند، اکنون به‌عنوان ابزارهای قدرتمند در مهندسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی مطرح شده‌اند. از تولید مواد زیستی برای داربست‌های مهندسی بافت گرفته تا انتقال نانوذرات در ایمونوتراپی و مهار فروپتوز در ترمیم استخوان، باکتری‌ها راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌ها گشوده‌اند. این پیشرفت‌ها، که در مقالات اخیر به‌طور مفصل بررسی شده‌اند، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم این حوزه هستند.

با ادامه تحقیقات و رفع چالش‌های موجود، می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ای نه‌چندان دور، درمان‌هایی مبتنی بر باکتری‌ها به بخش جدایی‌ناپذیری از پزشکی مدرن تبدیل شوند. این انقلاب علمی نه‌تنها درک ما از باکتری‌ها را تغییر داده، بلکه امیدهای تازه‌ای برای بیماران در سراسر جهان به ارمغان آورده است.

پایان مطلب./