به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در دنیای پیچیده زیست‌شناسی، رادیکال‌های آزاد مانند شمشیر دو لبه عمل می‌کنند. این مولکول‌های ناپایدار، که بخشی از فرآیندهای طبیعی بدن مانند تنفس و متابولیسم هستند، می‌توانند هم مفید باشند و هم مضر. اما وقتی تعادل به هم می‌خورد، استرس اکسیداتیو ایجاد می‌شود که می‌تواند به سلول‌های بنیادی – موتورهای بازسازی بدن – آسیب بزند. سلول‌های بنیادی، که قابلیت خودنوسازی و تمایز به انواع سلول‌ها را دارند، کلید درمان بسیاری از بیماری‌ها هستند. اما رادیکال‌های آزاد می‌توانند این سلول‌ها را پیر کنند، عملکردشان را مختل کنند و حتی به مرگ سلولی منجر شوند.

رادیکال‌های آزاد چیستند و چگونه به سلول‌های بنیادی آسیب می‌زنند؟

رادیکال‌های آزاد، مولکول‌هایی هستند که یک الکترون جفت‌نشده دارند و برای پایدار شدن، از سلول‌های اطراف الکترون می‌دزدند. این فرآیند زنجیره‌ای از واکنش‌ها ایجاد می‌کند که به DNA، پروتئین‌ها و لیپیدها آسیب می‌رساند. در سلول‌های بنیادی، که مسئول ترمیم بافت‌ها هستند، این آسیب می‌تواند فاجعه‌بار باشد. طبق نظریه رادیکال آزاد پیری (Free Radical Theory of Aging)، که اولین بار در سال ۱۹۵۶ توسط دنام هارمن پیشنهاد شد، تجمع آسیب‌های ناشی از رادیکال‌های آزاد عامل اصلی پیری سلولی است. این نظریه اخیراً به‌روزرسانی شده و نشان می‌دهد که رادیکال‌های آزاد نه تنها پیری را تسریع می‌کنند، بلکه در بیماری‌های مزمن مانند سرطان و آلزایمر نقش دارند.

در سلول‌های بنیادی، رادیکال‌های آزاد عمدتاً از میتوکندری‌ها – نیروگاه‌های سلولی – تولید می‌شوند. وقتی این رادیکال‌ها بیش از حد شوند، استرس اکسیداتیو ایجاد می‌شود که به کاهش توانایی خودنوسازی و تمایز سلول‌ها منجر می‌گردد. مثلاً در سلول‌های بنیادی هماتوپوئتیک (که خون را می‌سازند)، سطوح بالای رادیکال‌های آزاد می‌تواند به خستگی سلولی (stem cell exhaustion) بیانجامد. تحقیقات نشان می‌دهد که آنتی‌اکسیدان‌ها مانند ویتامین C و E می‌توانند این آسیب را کاهش دهند، اما تعادل کلیدی است: سطوح پایین رادیکال‌ها برای سیگنال‌دهی سلولی ضروری هستند.

پیری سلول‌های بنیادی: نقش استرس اکسیداتیو

یکی از مقالات بررسی‌شده، بر استرس اکسیداتیو در پیری سلول‌های بنیادی تمرکز دارد. نویسندگان توضیح می‌دهند که چگونه تولید بیش از حد گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر (ROS) – که رادیکال‌های آزاد بخشی از آن هستند – به آسیب DNA، پروتئین‌ها و لیپیدها منجر می‌شود. این آسیب‌ها سلول‌های بنیادی را به سمت سنسانس (پیری سلولی) یا آپوپتوز (مرگ برنامه‌ریزی‌شده) سوق می‌دهند. برای مثال، در سلول‌های بنیادی بزرگسال (ASCs)، استرس اکسیداتیو مسیرهای سیگنالی مانند Nrf2-Keap1 را فعال می‌کند که سعی در دفاع سلولی دارد، اما با افزایش سن، این دفاع ضعیف می‌شود.

این مقاله تأکید می‌کند که رادیکال‌های آزاد می‌توانند تعادل بین خودنوسازی و تمایز را برهم بزنند. اگر سلول‌های بنیادی بیش از حد تمایز یابند، ذخیره‌شان تمام می‌شود و بافت‌ها نمی‌توانند ترمیم شوند. جالب است بدانید که رژیم غذایی کم‌کالری (caloric restriction) می‌تواند این فرآیند را کند کند، زیرا میتوکندری‌ها را تقویت کرده و ROS را کاهش می‌دهد. از منابع خارجی، می‌بینیم که در مطالعه‌ای روی موش‌ها، کاهش ROS با آنتی‌اکسیدان‌ها طول عمر سلول‌های بنیادی را افزایش داد و پیری را به تأخیر انداخت. این یافته‌ها امیدبخش هستند، زیرا نشان می‌دهند که مداخلات ساده مانند رژیم غذایی می‌تواند به حفظ سلول‌های بنیادی کمک کند.

برای جذابیت بیشتر، تصور کنید سلول‌های بنیادی مانند باغبانان بدن هستند. رادیکال‌های آزاد مانند علف‌های هرز، اگر کنترل نشوند، باغ را نابود می‌کنند. اما علم نشان داده که "کودهای طبیعی" مانند ورزش و رژیم غنی از آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند این باغ را سرسبز نگه دارد. مثلاً در انسان‌ها، افراد مسن با سطوح بالای آنتی‌اکسیدان‌ها، عملکرد بهتری در ترمیم زخم‌ها نشان می‌دهند.

اختلال عصبی در بیماری‌های گوارشی: جایی که سلول‌های بنیادی وارد میدان می‌شوند

مقاله بعدی به استرس اکسیداتیو در بیماری‌های گوارشی مانند التهاب روده و سرطان کولون می‌پردازد و می‌پرسد آیا سلول‌های بنیادی می‌توانند راه‌حلی باشند. رادیکال‌های آزاد در اینجا نقش ویرانگری دارند: آنها به سیستم عصبی روده (ENS) آسیب می‌زنند که مسئول حرکت روده‌هاست. این آسیب می‌تواند به اختلالات حرکتی مانند یبوست یا اسهال منجر شود.

نویسندگان توضیح می‌دهند که رادیکال‌های آزاد از منابع مانند التهاب یا شیمی‌درمانی تولید می‌شوند و به نورون‌های روده حمله می‌کنند. اما سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) می‌توانند با کاهش ROS و تقویت دفاع آنتی‌اکسیدانی، این آسیب را ترمیم کنند. مثلاً سلول‌های بنیادی مزانشیمی می‌توانند آنزیم‌هایی مانند SOD و CAT را افزایش دهند که رادیکال‌ها را خنثی می‌کنند.

از منابع خارجی، پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهد که درمان با سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مدل‌های حیوانی کولیت، التهاب را کاهش داده و عملکرد عصبی را بهبود بخشیده است. در یک مطالعه بالینی اخیر، بیماران مبتلا به بیماری کرون با تزریق سلول‌های بنیادی مزانشیمی ، علائم کمتری نشان دادند و سطوح ROS در خونشان کاهش یافت. این امید را ایجاد می‌کند که در آینده، درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی بتوانند جایگزین داروهای شیمیایی شوند.

جذابیت موضوع در اینجاست که روده ما "مغز دوم" نامیده می‌شود، زیرا نورون‌های زیادی دارد. رادیکال‌های آزاد مانند سمومی هستند که این مغز را مختل می‌کنند، اما سلول‌های بنیادی مانند قهرمانانی وارد می‌شوند تا تعادل را بازگردانند. تصور کنید روزی که با یک تزریق ساده، بیماری‌های مزمن گوارشی درمان شوند!

تعامل اتوفاژی و استرس اکسیداتیو: کلیدی برای بازسازی

مقاله دیگری بر تعامل پویا بین اتوفاژی (فرآیند بازیافت سلولی) و استرس اکسیداتیو در سلول‌های بنیادی تمرکز دارد. اتوفاژی مانند یک سیستم تمیزکاری است که اجزای آسیب‌دیده – مانند میتوکندری‌های تولیدکننده رادیکال‌های آزاد – را حذف می‌کند. وقتی رادیکال‌ها افزایش یابند، اتوفاژی فعال می‌شود تا سلول را نجات دهد.

نویسندگان توضیح می‌دهند که مسیرهایی مانند PINK1-Parkin در میتوفاژی (اتوفاژی میتوکندری‌ها) نقش دارند و ROS را کاهش می‌دهند. با پیری، اتوفاژی ضعیف می‌شود و رادیکال‌ها انباشته می‌شوند، که به کاهش regenerative capacity منجر می‌گردد. اما فعال‌سازی اتوفاژی با داروهایی مانند راپامایسین می‌تواند سلول‌های بنیادی را جوان نگه دارد.

اخیراً، در یک مطالعه روی سلول‌های بنیادی عصبی، افزایش اتوفاژی با آنتی‌اکسیدان‌ها، تمایز به نورون‌ها را بهبود بخشید. این یافته‌ها برای پزشکی بازساختی حیاتی هستند، زیرا نشان می‌دهند که ترکیب اتوفاژی و کاهش ROS می‌تواند درمان‌های جدیدی برای پیری و بیماری‌ها ایجاد کند.

تاثیر رادیکال‌های آزاد بر سلول‌های بنیادی: شواهد گسترده‌تر

رادیکال‌های آزاد نه تنها پیری را تسریع می‌کنند، بلکه در بیماری‌هایی مانند دیابت و سرطان نقش دارند. در سلول‌های بنیادی، آنها به تلومرها (انتهای کروموزوم‌ها) آسیب می‌زنند و پیری زودرس ایجاد می‌کنند. مطالعه‌ای نشان داد که در افراد سیگاری، سطوح بالای رادیکال‌ها، سلول‌های بنیادی را ۲۰-۳۰% ضعیف‌تر می‌کند.

 اما خبر خوب: پیشرفت‌های اخیر در درمان با سلول‌های بنیادی. مثلاً در بیماری‌های قلبی، سلول‌های بنیادی مزانشیمی با کاهش استرس اکسیداتیو، بافت قلب را ترمیم می‌کنند

در یک آزمایش بالینی ۲۰۲۴، بیماران مبتلا به نارسایی قلبی با تزریق سلول‌های بنیادی مزانشیمی مهندسی‌شده برای مقاومت به ROS، بهبود ۴۰% در عملکرد قلب نشان دادند. همچنین، در درمان آلزایمر، سلول‌های بنیادی عصبی با فعال‌سازی اتوفاژی، پلاک‌های آمیلوئید (ناشی از رادیکال‌ها) را کاهش می‌دهند.  این پیشرفت‌ها نشان می‌دهند که با درک بهتر تعامل رادیکال‌ها و سلول‌ها، می‌توانیم به درمان‌های شخصی‌سازی‌شده برسیم. مثلاً در پزشکی بازساختی، سلول‌های بنیادی iPS (induced pluripotent stem cells) که از پوست بیمار گرفته می‌شوند، می‌توانند با مهندسی ژنتیکی، مقاوم به رادیکال‌ها شوند.

چالش‌ها و آینده‌ای روشن

با وجود امیدها، چالش‌هایی وجود دارد. رادیکال‌های آزاد می‌توانند سلول‌های بنیادی پیوندی را هم نابود کنند، بنابراین پیش‌درمان با آنتی‌اکسیدان‌ها ضروری است. همچنین، مسائل اخلاقی مانند استفاده از سلول‌های جنینی مطرح است، اما پیشرفت در سلول‌های بزرگسال این مشکل را حل می‌کند.

در نتیجه، رادیکال‌های آزاد تهدیدی جدی برای سلول‌های بنیادی هستند، اما علم با ابزارهایی مانند اتوفاژی و درمان‌های سلولی، در حال غلبه بر آن است. با رژیم غذایی سالم، ورزش و پیشرفت‌های پزشکی، می‌توانیم پیری را کند کنیم و بیماری‌ها را درمان کنیم. این حوزه نه تنها علمی است، بلکه امیدبخش برای نسل‌های آینده.

پایان مطلب./