به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در کشفی که می‌تواند رویکردهای پزشکی ترمیمی و ترمیم استخوان را تغییر دهد، محققان دریافته‌اند که سلول‌های بنیادی انسان را می‌توان به سادگی با عبور از فضاهای باریک، به سلول‌های استخوانی تبدیل کرد. این مطالعه نشان می‌دهد که عمل فیزیکی حرکت در فضاهای تنگ و محدود، مانند فضاهای بین بافت‌ها، می‌تواند بر نحوه رشد سلول‌های بنیادی تأثیر بگذارد. این امر می‌تواند با هدایت رفتار سلول با استفاده از سیگنال‌های فیزیکی، به جای سیگنال‌های شیمیایی، امکانات جدیدی را برای مهندسی مواد و درمان‌ها فراهم کند.

سلول‌های بنیادی/استرومایی مزانشیمی انسانی (hMSCs)

سلول‌های بنیادی/استرومایی مزانشیمی انسانی (hMSCs)، که به عنوان سلول‌های استرومایی مزانشیمی انسانی (hMSCs) و سلول‌های سیگنالینگ دارویی انسانی (hMSCs) نیز شناخته می‌شوند، با توجه به سهولت جداسازی، پاسخ ایمنی خفیف، خطر جهش‌زایی کم و قابلیت تمایز چند رده‌ای، پتانسیل خود را در پزشکی ترمیمی نشان داده‌اند. برای افزایش این پتانسیل، درک کاملی از چگونگی تعامل این سلول‌های پیش‌ساز با ریزمحیط پیچیده ماتریکس خارج سلولی (ECM) مورد نیاز است. فضاهای بینابینی درون این ECM سطوح مختلفی از محصور شدن را برای سلول‌های بنیادی هنگام مهاجرت به سمت مکان‌های بازسازی نشان می‌دهند. در حالی که تعدادی از مطالعات، تنظیم‌کننده‌های حساس به مکانیسم سرنوشت hMSC،  از جمله سختی ماتریکس، نیروی برشی، تنش کششی و فشار هیدرواستاتیک را روشن کرده‌اند، پیامدهای محصور شدن فیزیولوژیکی بر تعهد دودمان hMSC به خوبی شناخته نشده است. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که hMSCهایی که در محصور شدن مهاجرت می‌کنند، تغییراتی در سازماندهی اسکلت سلولی نشان می‌دهند و دچار تغییر شکل هسته‌ای می‌شوند. علاوه بر این، مشخص شده است که hMSCها در محیط تمایز استخوانی که از طریق سنجش‌های ترانس‌ول باریک مهاجرت می‌کنند، تمایز استخوانی افزایش‌یافته‌ای را نشان می‌دهند، اگرچه این امر با آسیب DNA همراه است. با این حال، میزان توانایی سلول‌های بنیادی در حس کردن محدودیت و تمایز به عنوان تابعی از این سیگنال مکانیکی به تنهایی ناشناخته است. یکی از دلایل اصلی این امر، عدم درک ماهیت فضاهای بینابینی است که سلول‌های بنیادی از طریق آنها مهاجرت می‌کنند. ظهور میکروسکوپ درون‌زیستی امکان کمی‌سازی فضاهای بینابینی در بافت‌های مختلف را فراهم کرده است و نشان می‌دهد که میانگین عرض مسیرهای بافتی از حدود 3 تا 10 میکرومتر متغیر است. همچنین مشاهده شده است که سلول‌ها مسیرهای بافتی تا طول 750 میکرومتر را دنبال می‌کنند، به این معنی که سلول‌ها در داخل بدن در معرض محدودیت پایدار فراتر از سطوح موجود در سنجش‌های ترانس‌ول قرار دارند.

حافظه مکانیکی

محققان بر روی نوعی از سلول‌های بنیادی بالغ به نام سلول‌های بنیادی مزانشیمی یا MSC تمرکز کردند. این سلول‌ها در مغز استخوان و سایر بافت‌ها یافت می‌شوند و به دلیل توانایی‌شان در تبدیل شدن به سلول‌های استخوان، غضروف و چربی شناخته شده‌اند. به دلیل این خواص، MSCها به طور گسترده در تحقیقات مربوط به ترمیم و بازسازی بافت مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای آزمایش چگونگی تأثیر نیروهای فیزیکی بر سرنوشت سلول‌های بنیادی، محققان یک سیستم میکروکانال تخصصی ایجاد کردند که فضاهای بافت باریکی را که سلول‌ها در بدن حرکت می‌کنند، تقلید می‌کند. آنها دریافتند که وقتی MSCها از کوچکترین کانال‌ها (فقط سه میکرومتر عرض) عبور می‌کنند، فشار باعث تغییرات پایدار در شکل و ساختار سلول‌ها می‌شود. این سلول‌ها فعالیت بیشتری را در ژنی به نام RUNX2 نشان دادند که نقش کلیدی در تشکیل استخوان دارد. حتی پس از خروج از کانال‌ها، این اثر را حفظ کردند که نشان می‌دهد آنها نوعی حافظه مکانیکی از تجربه را در خود دارند. بیشتر مردم فکر می‌کنند سرنوشت سلول‌های بنیادی توسط سیگنال‌های شیمیایی تعیین می‌شود. چیزی که مطالعه محققان این مطالعه نشان می‌دهد این است که تنها محدودیت فیزیکی  یعنی فشرده شدن در فضاهای تنگ  می‌تواند محرک قدرتمندی برای تمایز باشد. در حالی که روش‌های سنتی هدایت سلول‌های بنیادی به نشانه‌های شیمیایی یا رشد آنها روی مواد سفت یا نرم متکی هستند، این تیم تحقیقاتی معتقد است که انتخاب مبتنی بر محدودیت می‌تواند جایگزین ساده‌تر، ارزان‌تر و بالقوه ایمن‌تری ارائه دهد. این روش به هیچ ماده شیمیایی یا اصلاح ژنتیکی نیاز ندارد  فقط به یک هزارتو برای حرکت سلول‌ها نیاز دارد. در تئوری، می‌توانید آن را برای جمع‌آوری میلیون‌ها سلول از پیش آماده‌شده برای استفاده درمانی، در مقیاس بزرگتری گسترش دهید. در حالت کلی در این تحقیق یک سیستم میکروکانال مبتنی بر پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان بدون جریان و از نظر فیزیولوژیکی مرتبط با عرض محدودکننده از 3 تا 10 میکرومتر توسعه داده شده است. در این سیستم‌های میکروکانال، مشخص شده است که hMSCها در کانال‌های با عرض 3 میکرومتر در مقایسه با کانال‌های پهن‌تر 10 میکرومتر، سریع‌تر مهاجرت می‌کنند و تغییر شکل هسته‌ای قابل توجهی را تجربه می‌کنند. این تغییرات مورفولوژیکی برای چند روز پس از خروج ادامه می‌یابد، که نشان می‌دهد سلول‌های بنیادی دارای حافظه مکانیکی از مهاجرت محدود گذشته خود هستند.

گام بعدی

محققان می‌گویند یافته‌های آنها می‌تواند با ایجاد محیط‌های فیزیکی که به طور طبیعی نوع مناسب رشد سلول را تشویق می‌کنند، به بهبود طراحی مواد زیستی و داربست‌های مورد استفاده در ترمیم استخوان کمک کند. با تنظیم خواص مکانیکی مواد، ممکن است بتوان سلول‌های بنیادی را با اطمینان بیشتری به سمت انواع سلول‌های مورد نظر خود هدایت کرد. این رویکرد می‌تواند روزی برای تسریع بهبودی شکستگی‌های استخوان یا افزایش اثربخشی درمان‌های سلول‌های بنیادی مورد استفاده قرار گیرد. سرپرست این تیم تحقیقاتی افزود: ما می‌خواهیم آزمایش کنیم که آیا سلول‌های از پیش آماده‌شده‌ای که این انتخاب مکانیکی را پشت سر گذاشته‌اند، هنگام معرفی به محل‌های آسیب‌دیده، در بهبود بهبودی بهتر عمل می‌کنند یا خیر. این یکی از مراحل بعدی است. فراتر از ترمیم استخوان، این تحقیق ممکن است پیامدهای گسترده‌تری داشته باشد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) همچنین به مهاجرت به سمت تومورها معروف هستند و تیم تحقیقاتی علاقه‌مند است که بداند آیا سلول‌های پیش‌شرط‌بندی‌شده مکانیکی ممکن است برای حرکت در بافت متراکم تومور مجهزتر باشند - چالشی که موفقیت بسیاری از درمان‌های سلولی فعلی را محدود کرده است. این گروه همچنین در حال بررسی این موضوع است که آیا این تکنیک می‌تواند در مورد انواع سلول‌های بنیادی قوی‌تر، مانند سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs)، که می‌توانند تقریباً به هر بافتی در بدن تبدیل شوند، اعمال شود یا خیر. محققان این مطالعه پیش بینی می کنند که حبس حتی در رشد جنینی نیز نقش دارد. سلول‌هایی که در اوایل زندگی از طریق محیط‌های شلوغ مهاجرت می‌کنند، در معرض استرس مکانیکی قرار می‌گیرند که می‌تواند سرنوشت آنها را شکل دهد.

پایان مطلب./