به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک مدل سلولی جدید از کیسه آمنیوتیک که در آزمایشگاه ساخته شده، می‌تواند بینش‌های تازه‌ای درباره دوران اولیه بارداری فراهم کند و همچنین به تولید محصولات مفید برای کاربردهای پزشکی منجر شود. محققان موفق به توسعه مدلی آزمایشگاهی از کیسه آمنیوتیک انسان شده‌اند که از سلول‌های بنیادی رشد یافته و مراحل بین هفته‌های اول تا چهارم پس از لقاح را شبیه‌سازی می‌کند. به گفته محققان، این ساختار که پیشرفته‌ترین و بالغ‌ترین مدل آمنیوتیکی تاکنون به شمار می‌رود، می‌تواند چشم‌انداز جدیدی از رشد انسان فراهم کرده و به تولید فرآورده‌های سلولی برای روش‌های درمانی مانند ترمیم سوختگی و بازسازی قرنیه منجر شود. این یافته‌ها در مقاله‌ای که ۱۰ ژوئیه در نشریه Cell منتشر شد، اعلام شده است.

ساختار کیسه آمنیوتیک

کیسه آمنیوتیک از دو لایه سلولی تشکیل شده است: لایه داخلی اپی‌تلیالی از اکتودرم آمنیونی که در تماس مستقیم با مایع آمنیوتیک قرار دارد و تعادل آن را تنظیم می‌کند، و یک لایه بیرونی مزانشیمی از مزودرم خارج‌جنینی (شکل 1A). مزودرم خارج‌جنینی همچنین سطح کیسه زرده را نیز می‌پوشاند، که در ابتدا از هایپوبلاست منشأ می‌گیرد. وظیفه کیسه زرده فراهم کردن تغذیه و تبادل گازی برای جنین در مراحل ابتدایی رشد و آغاز فرایند خون‌سازی (هماتوپوئیز) است. مطالعه بافت‌های خارج‌جنینی انسان به‌دلیل محدودیت‌های فنی و اخلاقی در دستیابی به جنین‌های انسانی در مراحل پس از لانه‌گزینی، با موانعی روبرو بوده است. بیشتر دانش ما از رشد بافت‌های خارج‌جنینی از طریق مطالعات روی گونه‌های پستاندار دیگر به‌دست آمده است، که تفاوت‌های قابل‌توجهی با انسان دارند. در نتیجه، بسیاری از جنبه‌های مربوط به منشأ، رشد و عملکرد این بافت‌ها ناشناخته باقی مانده و مورد بحث فراوان هستند. برای مثال، منابع مختلفی در مراحل مختلف تکوین به‌عنوان منشأ مزودرم خارج‌جنینی و آمنیون پیشنهاد شده‌اند. بنابراین، محرک‌های سلولی و مولکولی که این بافت‌ها را شکل می‌دهند هنوز به‌درستی شناخته نشده‌اند و تعاملات سیگنالی آن‌ها با جنین اصلی نیز به‌خوبی درک نشده‌اند.

تشکیل بافت‌های خارج‌جنینی را در شرایط آزمایشگاهی

مطالعات اخیر با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی انسانی (hESCs) تلاش کرده‌اند تا جنبه‌های مختلفی از تشکیل بافت‌های خارج‌جنینی را در شرایط آزمایشگاهی (in vitro) بازسازی کنند. سیستم‌های کشت دو‌بعدی امکان جداسازی چندین نوع سلول قطعی خارج‌جنینی مانند مزودرم خارج‌جنینی، اکتودرم آمنیونی، و کیسه زرده را فراهم کرده‌اند، هرچند این جداسازی به صورت تک‌سلولی و در لایه‌ای یکنواخت صورت گرفته است. مدل‌های سه‌بعدی که ساختارهایی شبیه به کیست تشکیل می‌دهند و تنها از سلول‌های اکتودرم آمنیونی تشکیل شده‌اند، مراحل ابتدایی شکل‌گیری آمنیون را به‌خوبی بازسازی کرده‌اند، درحالی‌که سایر مدل‌ها به‌طور ناقص موفق به شبیه‌سازی ساختارهایی شبیه کیسه زرده شده‌اند. با این حال، این مدل‌ها تاکنون قادر به ایجاد یک کیسه آمنیونی کامل که شامل هر دو لایه داخلی اکتودرم آمنیونی و لایه بیرونی مزودرم آمنیونی باشد نبوده‌اند و فاقد یکپارچگی ساختاری لازم برای تبدیل به یک ساختار بالغ آمنیونی هستند.

مراحل اولیه تکوین جنین انسان

جنین انسان در مراحل اولیه رشد تنها نیست. "بافت‌های حمایتی مانند جفت و کیسه آمنیوتیک همراه جنین رشد می‌کنند و برای بقای او بسیار حیاتی هستند. کیسه آمنیوتیک مانند بادکنکی بیولوژیکی و پر از مایع است که از جنین در حال رشد محافظت می‌کند. مایع درون این کیسه برای رشد سالم جنین ضروری شناخته می‌شود. با این حال، مطالعه این تعاملات در مراحل اولیه بارداری بسیار دشوار و از نظر اخلاقی پیچیده است. مدل‌های قبلی از کیسه آمنیوتیک در آزمایشگاه نمی‌توانستند ساختار سه‌بعدی پیچیده آن را بازسازی کنند، که شامل دو لایه سلولی مجزا است. همچنین این مدل‌ها معمولاً فقط چند روز دوام می‌آوردند، که درک روند طولانی‌تر رشد را دشوار می‌کرد.

این ساختارها چطور ساخته می‌شوند؟

استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی (pluripotent stem cells):، زیرا سلول‌های بنیادی قابلیت تمایز به انواع سلول‌های بدن را دارند. محققان با اعمال ترکیب خاصی از پروتئین‌های سیگنال‌دهنده مثل BMP4 و CHIR و تنظیم محیط کشت، سلول‌ها را به سمتی هدایت می‌کنند که به صورت خودسامان‌ده (self-organizing) تبدیل به بافت‌های آمنیونی شوند.

چرا این پژوهش مهم است؟

کاربرد اول درک بهتر رشد جنین انسان، به‌طور طبیعی، مشاهده مراحل اولیه رشد انسان در رحم غیرممکن یا غیراخلاقی است. این مدل‌ها امکان بررسی مرحله‌ای را فراهم می‌کنند، خصوصاً بین هفته‌های ۲ تا ۴ بارداری، زمانی که بسیاری از نقص‌های مادرزادی شکل می‌گیرند کاربرد دوم. تحقیقات بر بیماری‌های بارداری، اختلالاتی مثل پارگی زودرس کیسه آمنیون، عفونت‌های داخل‌رحمی و نارسایی رشد جنین را می‌توان در این مدل‌ها مطالعه کرد. کاربرد درمانی بالقوه، از سلول‌های آمنیونی می‌توان در درمان‌هایی مانند: ترمیم زخم‌های پوستی یا سوختگی درمان بیماری‌های چشمی مثل زخم قرنیه، بدون نیاز به اهدای بافت انسانی، استفاده کرد.

مدل PGAs (post‑gastrulation amnioids)

محققان مؤسسه فرانسس‌کریک (لندن) با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی، ساختاری آزمایشگاهی تولید کرده‌اند که دقیقاً مراحل تشکیل کیسه آمنیون انسانی را در دو تا چهار هفته پس از لقاح بازسازی می‌کند. این ساختارها که PGAs نام دارند، دارای دو لایه متمایز سلولی (غشای داخلی اندودرم آمنیوتیک و غشای بیرونی مزودرم بیرون‌آمنیوتیک) هستند، تا حدود یک اینچ رشد می‌کنند و قادرند بیش از سه ماه در محیط آزمایشگاهی زنده بمانند. با استفاده از مولکول‌های سیگنال‌دهنده BMP4 و CHIR و تحریک تدریجی سلول‌ها، این ساختارها با یک فرآیند خودسامان‌دهی شکل گرفتند و همچنین نشان داده شد که فاکتور رونویسی GATA3 به‌تنهایی می‌تواند این مسیر را فعال کند.همچنین این مدل‌های کوچک توانایی تحریک تمایز سلول‌های نامتخصصِ اطراف را نیز دارند، که می‌تواند به فهم نقش ارتباط سلولی در مراحل اولیه رشد جنینی کمک کند.کاربردهای بالقوه‌ی این مدل شامل تولید سلول‌های آمنیونی استاندارد برای درمان‌هایی مانند ترمیم سوختگی یا قرنیه دور از چالش‌های تأمین بافت اهداکننده است.

 تاریخچه‌ای از پژوهش‌های قبلی

اولین بار در سال‌های ۲۰۰۱–۲۰۰۳، پژوهشگران نشان دادند که در مایع آمنیوتیک سلول‌هایی با ویژگی‌های سلول بنیادی چندتوان (مانند بیان OCT4) وجود دارند؛ در سال ۲۰۰۷، De Coppi و همکاران جمعیت CD117⁺ با پتانسیل کلون‌زایی را جداسازی کردند .در سال ۲۰۱۶، در دانشگاه میشیگان، تیم Fu و Gumucio با استفاده از شرایط بیوفیزیکی خاص (ژل‌های نرم و بسترهای میکرو-بریستل‌دار) نشان دادند که سلول‌های بنیادی انسانی می‌توانند خودبه‌خود تبدیل به بافت آمنیون شوند؛ این اولین گام به مدل‌های “amniogenesis in a dish” بود که شبیه محیط پیاده‌سازی رحم عمل می‌کرد .مدل PASE (post‑implantation amniotic sac embryoid) که در ۲۰۱۷ معرفی شد، اولین نمونه مصنوعی کیسه آمنیون پس از لانه‌گزینی بود که با سیستم جذاب خودسامان‌دهی سلول‌های بنیادی پلاوری‌پوتنت ایجاد شد. تحقیقات دستگاهی مانند amnion‑on‑a‑chip با هدف مدل‌سازی دقیق‌تر بافت آمنیون در میانه بارداری اجرا شدند، که شامل کشت 3D و بررسی بیان ژن‌های مخصوص آمنیون بود.

جمع‌بندی و جایگاه PGAs در پیشرفت علمی

مدل‌های سابق تنها توانایی تقلید مراحل بسیار اولیه تشکیل شدند؛ اما مدل PGAs اولین مدلی است که شکل‌گیری کیسه آمنیون انسانی پس از هفته دوم را با دو لایه سلولی مجزا، ساختار واقعی و دوام ماه‌ها بازسازی می‌کند . تاریخچه تحقیقات از سلول‌های بنیادی مایع آمنیوتیک، شروع مدل‌های PASE و amnion-on-a-chip به‌عنوان مراحل مقدماتی برای دستیابی به یک مدل کامل و قابل‌اعتماد مانند PGA محسوب می‌شود. مدل‌های آزمایشگاهی جدید PGAs، نقطه‌ی عطفی محسوب می‌شوند: این مدل‌ها نه تنها ساختار واقعی کیسه آمنیون دو تا چهار هفته‌ای را شبیه‌سازی می‌کنند، بلکه می‌توانند درک ما از تأثیرات کیسه آمنیون بر رشد جنینی، اختلالات مادرزادی و کاربردهای بالینی شامل تولید سلول برای ترمیم بافت را عمیق‌تر کنند.

پایان مطلب/.