به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌های بنیادی به دلیل توانایی منحصربه‌فردشان در تبدیل شدن به انواع مختلف سلول‌های بدن، یکی از مهم‌ترین ابزارها در پزشکی بازساختی و درمان بیماری‌های پیچیده به شمار می‌روند. این سلول‌ها می‌توانند در درمان بیماری‌هایی مانند سرطان خون، بیماری‌های قلبی، دیابت و حتی آسیب‌های نخاعی نقش کلیدی ایفا کنند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی در استفاده گسترده از سلول‌های بنیادی، تولید انبوه آن‌ها با کیفیت بالا و استانداردهای بالینی است.

سلول‌های بنیادی چیستند؟

سلول‌های بنیادی سلول‌هایی با توانایی خودنوزایی و تمایز به انواع مختلف سلول‌ها هستند. این سلول‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: سلول‌های بنیادی جنینی (hESCs) و سلول‌های بنیادی مزانشیمی (hMSCs). سلول‌های بنیادی جنینی از جنین‌های اولیه به دست می‌آیند و توانایی تبدیل شدن به هر نوع سلول در بدن را دارند. از سوی دیگر، سلول‌های بنیادی مزانشیمی معمولاً از مغز استخوان، بافت چربی یا بند ناف استخراج می‌شوند و بیشتر در ترمیم بافت‌ها و تعدیل پاسخ‌های ایمنی کاربرد دارند.

برای استفاده از این سلول‌ها در درمان‌های بالینی، نیاز به تولید تعداد زیادی سلول با کیفیت بالا و بدون تغییر در ویژگی‌های درمانی آن‌ها است. اینجاست که فناوری‌های نوین تولید انبوه وارد میدان می‌شوند.

چالش‌های تولید انبوه سلول‌های بنیادی

تولید انبوه سلول‌های بنیادی با مشکلات متعددی روبه‌روست. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، حفظ خواص درمانی سلول‌ها در طی فرآیند کشت و تکثیر است. سلول‌های بنیادی در محیط‌های آزمایشگاهی ممکن است تحت تأثیر شرایط کشت، مانند سطح اکسیژن یا نوع محیط کشت، تغییراتی در ویژگی‌های خود پیدا کنند که می‌تواند اثربخشی درمانی آن‌ها را کاهش دهد. همچنین، فرآیندهای دستی سنتی برای تولید سلول‌های بنیادی زمان‌بر، پرهزینه و مستعد خطا هستند. این محدودیت‌ها باعث شده‌اند که محققان به دنبال روش‌های خودکار و مقیاس‌پذیر برای تولید سلول‌های بنیادی باشند.

سیستم کشت جریان متلاطم برای تولید مگاکاریوسیت‌ها

یکی از روش‌های نوآورانه‌ای که در مطالعه ای  معرفی شده، استفاده از سیستم کشت جریان متلاطم (Baffled-Flow Culture System) برای تولید انبوه مگاکاریوسیت‌ها از سلول‌های بنیادی جنینی انسان است. مگاکاریوسیت‌ها سلول‌هایی هستند که پلاکت‌های خون را تولید می‌کنند و در درمان بیماری‌هایی مانند ترومبوسیتوپنی (کاهش تعداد پلاکت‌ها) نقش مهمی دارند.

نحوه عملکرد سیستم جریان متلاطم

سیستم جریان متلاطم از بیوراکتورهایی استفاده می‌کند که در آن‌ها محیط کشت به صورت مداوم هم‌زده می‌شود. این هم‌زدن باعث ایجاد جریان‌های متلاطم در محیط کشت می‌شود که به بهبود اکسیژن‌رسانی و توزیع مواد مغذی به سلول‌ها کمک می‌کند. این فرآیند به ویژه برای سلول‌های بنیادی جنینی که نیاز به شرایط دقیق برای رشد دارند، بسیار مفید است.

یکی از جنبه‌های کلیدی این روش، بهبود عملکرد میتوکندری سلول‌هاست. میتوکندری‌ها، که به عنوان نیروگاه‌های سلول شناخته می‌شوند، نقش مهمی در تولید انرژی و حفظ سلامت سلول دارند. سیستم جریان متلاطم با فراهم کردن شرایط بهینه اکسیژن و مواد مغذی، عملکرد میتوکندری‌ها را تقویت می‌کند و در نتیجه، بازده تولید مگاکاریوسیت‌ها را افزایش می‌دهد.

مزایای سیستم جریان متلاطم

• افزایش بازده تولید: این سیستم امکان تولید تعداد بیشتری مگاکاریوسیت در مقایسه با روش‌های سنتی را فراهم می‌کند.
• کیفیت بالاتر سلول‌ها: بهبود عملکرد میتوکندری باعث می‌شود سلول‌های تولیدشده کیفیت بهتری داشته باشند و برای کاربردهای بالینی مناسب‌تر باشند.
• مقیاس‌پذیری: این روش به راحتی می‌تواند برای تولید انبوه در مقیاس صنعتی استفاده شود.
• کاهش هزینه‌ها: با خودکارسازی فرآیند، نیاز به نیروی انسانی و زمان کاهش می‌یابد.

فرآیندهای خودکار برای تولید سلول‌های مزانشیمی

مقاله بعدی به بررسی فرآیندها و پلتفرم‌های تولید خودکار برای سلول‌های بنیادی مزانشیمی (hMSCs) با درجه بالینی می‌پردازد. این سلول‌ها به دلیل خواص ضدالتهابی و توانایی ترمیم بافت، در درمان بیماری‌هایی مانند آرتریت، بیماری‌های قلبی و آسیب‌های بافتی کاربرد دارند.

روش‌های کشت سلول‌های مزانشیمی

سلول‌های مزانشیمی به طور سنتی در ظروف پلاستیکی (مانند فلاسک‌های T) کشت می‌شوند که به آن‌ها اجازه می‌دهد به سطح ظرف بچسبند. با این حال، این روش برای تولید انبوه مناسب نیست، زیرا فضای محدودی برای رشد سلول‌ها فراهم می‌کند. به همین دلیل، محققان به سمت استفاده از بیوراکتورهای پیشرفته و روش‌های کشت معلق روی آورده‌اند.

کشت در بیوراکتورهای معلق

یکی از روش‌های برجسته در این مقاله، استفاده از بیوراکتورهای معلق با میکروکریرها (Microcarriers) است. میکروکریرها ذرات کوچکی هستند که سلول‌ها می‌توانند به آن‌ها بچسبند و در محیط کشت معلق رشد کنند. این روش امکان افزایش تعداد سلول‌های تولیدشده در واحد حجم را فراهم می‌کند.

کشت در شرایط هیپوکسیک

یکی دیگر از نکات مهم در این مقاله، تأثیر سطح اکسیژن بر رشد سلول‌های مزانشیمی است. کشت سلول‌ها در شرایط هیپوکسیک (سطوح پایین اکسیژن، ۱-۵٪) می‌تواند به کاهش استرس اکسیداتیو، آسیب DNA و پیری سلولی کمک کند. این شرایط، که مشابه محیط طبیعی بدن هستند، باعث افزایش رشد سلول‌ها و بهبود توانایی تمایز آن‌ها به سلول‌های استخوانی و چربی می‌شود.

کشت به صورت اسفروئید

روش دیگر معرفی‌شده، کشت سلول‌های مزانشیمی به صورت اسفروئید (توده‌های سه‌بعدی) است. در این روش، سلول‌ها در یک محیط سه‌بعدی رشد می‌کنند که خواص ضدالتهابی آن‌ها را تقویت می‌کند. اسفروئیدها پروتئین‌های مهمی مانند اینترلوکین-۲۴ و فاکتور نکروز تومور آلفا (TNF-α) را تولید می‌کنند که در کاهش التهاب نقش دارند.

پلتفرم‌های خودکار

برای تولید انبوه سلول‌های مزانشیمی با استانداردهای بالینی، استفاده از پلتفرم‌های خودکار ضروری است. این پلتفرم‌ها شامل بیوراکتورهای چندلایه، فیبرهای توخالی و بسترهای بسته‌بندی‌شده هستند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند:

• بیوراکتورهای چندلایه: این سیستم‌ها مشابه فلاسک‌های T هستند اما با ظرفیت بیشتر، که امکان کشت تعداد بیشتری سلول را فراهم می‌کنند.
• بیوراکتورهای فیبر توخالی: این سیستم‌ها امکان تبادل بهتر مواد مغذی و اکسیژن را فراهم می‌کنند و برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب هستند.
• بیوراکتورهای معلق با میکروکریر: این بیوراکتورها امکان رشد سلول‌ها در محیط‌های معلق را فراهم می‌کنند و بازده تولید را افزایش می‌دهند.

انتخاب میکروکریر مناسب

انتخاب میکروکریر مناسب برای رشد سلول‌های مزانشیمی بسیار مهم است. میکروکریرهای زیست‌تخریب‌پذیر امکان رشد داخلی سلول‌ها را فراهم می‌کنند و از آن‌ها در برابر استرس‌های محیطی محافظت می‌کنند. همچنین، این میکروکریرها می‌توانند به طور خاص برای یک فرآیند خاص طراحی شوند تا بازده و کیفیت سلول‌ها را بهبود بخشند.

مزایای تولید خودکار سلول‌های بنیادی

استفاده از فرآیندهای خودکار و بیوراکتورهای پیشرفته مزایای متعددی دارد:

• استانداردسازی: فرآیندهای خودکار امکان تولید سلول‌هایی با کیفیت یکسان و استاندارد را فراهم می‌کنند.
• کاهش هزینه‌ها: خودکارسازی فرآیندها هزینه‌های نیروی انسانی و زمان را کاهش می‌دهد.
• افزایش مقیاس‌پذیری: این روش‌ها امکان تولید انبوه سلول‌ها را برای استفاده در درمان‌های گسترده فراهم می‌کنند.
• حفظ خواص درمانی: شرایط بهینه کشت، مانند هیپوکسی و استفاده از میکروکریرها، باعث حفظ ویژگی‌های درمانی سلول‌ها می‌شود.

کاربردهای بالینی

تولید انبوه سلول‌های بنیادی امکان استفاده گسترده‌تر از آن‌ها در درمان‌های بالینی را فراهم می‌کند. برای مثال، مگاکاریوسیت‌های تولیدشده با سیستم جریان متلاطم می‌توانند برای تولید پلاکت‌های مورد نیاز در درمان بیماران مبتلا به ترومبوسیتوپنی استفاده شوند. همچنین، سلول‌های مزانشیمی تولیدشده با روش‌های خودکار می‌توانند در درمان بیماری‌های التهابی و ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده کاربرد داشته باشند.

نتیجه‌گیری

پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های تولید انبوه سلول‌های بنیادی، مانند سیستم‌های جریان متلاطم و پلتفرم‌های خودکار با میکروکریرها، افق‌های جدیدی را در پزشکی بازساختی گشوده‌اند. این روش‌ها نه تنها امکان تولید تعداد زیادی سلول با کیفیت بالا را فراهم می‌کنند، بلکه با کاهش هزینه‌ها و افزایش مقیاس‌پذیری، راه را برای درمان‌های گسترده‌تر هموار می‌سازند. با ادامه تحقیقات و بهبود این فناوری‌ها، می‌توان انتظار داشت که سلول‌های بنیادی نقش بزرگ‌تری در درمان بیماری‌های پیچیده ایفا کنند و به بهبود کیفیت زندگی بیماران کمک کنند.

پایان مطلب./