یادداشت چند منبعی
تولید سلولهای کلیوی در آزمایشگاه
دانشمندان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نقشه راه تولید سلولهای کلیوی در آزمایشگاه را کشف کردند.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان مدرسه پزشکی کک در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی موفق به کشف روشی برای تولید هدفمند سلولهای کلیوی از سلولهای بنیادی شدهاند. این پیشرفت مهم علمی که در دو مقاله پژوهشی در مجله معتبر Nature Communications منتشر شده است، میتواند راه را برای درمانهای نوین بیماریهای کلیوی هموار کند.
پیچیدگی ساخت کلیه در آزمایشگاه
کلیه یکی از پیچیدهترین اندامهای بدن انسان محسوب میشود که از میلیونها واحد عملکردی به نام نفرون تشکیل شده است. هر نفرون دارای دو بخش اصلی است: قسمت پروکسیمال که وظیفه تصفیه خون را بر عهده دارد و قسمت دیستال که ادرار را به مجاری جمعکننده هدایت میکند. تا پیش از این، تولید چنین ساختارهای پیچیدهای در شرایط آزمایشگاهی با موانع جدی مواجه بود. درک چگونگی شکلگیری کلیههای انسان از سلولهای بنیادی از دیرباز یکی از چالشبرانگیزترین موضوعات در پزشکی بازساختی بوده است. برخلاف تولید ساده تودههای سلولی در محیط آزمایشگاه، ایجاد ساختارهای نامتقارن و عملکردی مانند نفرونها نیازمند درک عمیقی از فرآیندهای پیچیده تکاملی است.
تیم تحقیقاتی و روش کار
این پژوهش تحت هدایت پروفسور نیلس لیندستروم، استادیار زیستشناسی سلولهای بنیادی و پزشکی بازساختی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی انجام شده است. دو دانشجوی دکتری، مریآن آچینگ و جک اشنل، نقش کلیدی در اجرای این تحقیقات داشتهاند. در نخستین مطالعه، آچینگ و همکارانش با استفاده از ارگانوئیدهای کلیوی مشتق شده از سلولهای بنیادی انسان، سیگنالهای مولکولی مسئول هدایت فرآیند تمایز سلولی را بررسی کردند. محققان موفق شدند مکانیزم کنترلی را شناسایی کنند که تعیین میکند سلولهای پیشساز به کدام سمت تکامل یابند. در دومین مطالعه، اشنل بر روی بهبود عملکرد سلولهای پروکسیمال متمرکز شد تا رفتاری مشابه سلولهای طبیعی کلیه در بدن انسان داشته باشند. او با مقایسه مراحل رشد طبیعی کلیه با سلولهای آزمایشگاهی، کمبودهای موجود را شناسایی و برطرف کرد.
کشف کلید تنظیم سلولی
یکی از مهمترین دستاوردهای این تحقیق، شناسایی کلید تنظیمی است که مسیر تکامل سلولها را تعیین میکند. برای تولید سلولهای دیستال که در نهایت به ساختار حلقه هنله تبدیل میشوند، پژوهشگران سه مسیر اصلی سیگنالدهی را دستکاری کردند. نخست، مسیر BMP را مهار کردند. این پروتئینها در تکامل بافتهای مختلف نقش دارند و کنترل آنها برای هدایت صحیح سلولها ضروری است. دوم، مسیر WNT را فعال کردند که در بسیاری از فرآیندهای تکاملی اهمیت دارد. سوم، مسیر FGF را فعال نمودند که در رشد و تمایز سلولی موثر است. نکته جالب توجه این است که زمانی که مسیر FGF غیرفعال میشد، سلولها به هویت پروکسیمال بازمیگشتند و شروع به تبدیل شدن به ساختارهای فیلتراسیون مانند پودوسیتها میکردند. این کشف نشان میدهد که هویت سلولی در نفرونها انعطافپذیر است و میتوان آن را به صورت کنترلشده هدایت کرد.
نتایج آزمایشها
پس از بهینهسازی شرایط آزمایشگاهی و تنظیم سیگنالدهیهای مختلف، محققان موفق به تولید سلولهای پروکسیمال کلیوی شدند که عملکردی بسیار شبیه به سلولهای طبیعی دارند. این سلولها قابلیت جذب مواد مختلف از جمله دکستران و آلبومین را دارند که از ویژگیهای اساسی سلولهای کلیوی محسوب میشود. یکی از آزمایشهای مهم، بررسی واکنش این سلولها به داروی شیمیدرمانی سیسپلاتین بود. این دارو که در درمان انواع سرطان استفاده میشود، میتواند باعث آسیب کلیوی شود. سلولهای تولیدشده در آزمایشگاه واکنشی مشابه کلیههای طبیعی به این دارو نشان دادند که نشانگر عملکرد صحیح آنها است. علاوه بر این، این سلولها ناقلهایی تولید میکنند که وظیفه انتقال دارو و مولکولها را در غشاء سلولی بر عهده دارند. این ویژگی در مدلهای قبلی وجود نداشت و حاکی از پیشرفت قابلتوجه در این زمینه است.
کاربردهای بالینی و تحقیقاتی
این کشف میتواند کاربردهای گستردهای در حوزههای مختلف پزشکی داشته باشد. در حوزه تحقیقات دارویی، این سلولها میتوانند به عنوان مدلی برای بررسی اثرات جانبی داروها بر کلیه استفاده شوند. صنایع دارویی میتوانند از این مدلها برای غربالگری اولیه داروهای جدید و شناسایی ترکیبات سمی استفاده کنند. در زمینه مطالعه بیماریهای مادرزادی کلیه، این روش امکان بررسی مکانیزمهای بیماری و آزمایش درمانهای جدید را فراهم میکند. محققان میتوانند با تولید سلولهای کلیوی از بیماران مبتلا به اختلالات ژنتیکی، مدلهای بیماری ایجاد کرده و راههای درمانی نوین را بررسی کنند. از منظر پزشکی بازساختی، این یافتهها گامی مهم در جهت تولید بافتهای کلیوی برای پیوند محسوب میشوند. اگرچه راه تا این هدف هنوز طولانی است، اما دانش بدست آمده از این تحقیقات بنیان محکمی برای تحقیقات آینده فراهم کرده است.
چالشها و محدودیتها
با وجود پیشرفتهای چشمگیر، هنوز چالشهای متعددی در این زمینه وجود دارد. یکی از اصلیترین محدودیتها، پیچیدگی ساختاری کلیه است که شامل انواع مختلف سلولها و بافتهای پشتیبان میشود. سلولهای تولیدشده در این مطالعه تنها بخشی از این پیچیدگی را شامل میشوند. علاوه بر این، عملکرد طولانیمدت این سلولها و پایداری آنها در شرایط مختلف هنوز نیاز به بررسی بیشتری دارد. محققان باید اطمینان حاصل کنند که این سلولها در طول زمان خصوصیات خود را حفظ میکنند و دچار تغییرات ناخواسته نمیشوند. مسئله دیگر، تولید انبوه و استاندارد این سلولها است. برای استفاده در کاربردهای بالینی یا تحقیقاتی گسترده، نیاز به روشهای قابل اعتماد و تکرارپذیر برای تولید انبوه وجود دارد.
چشمانداز آینده
پروفسور لیندستروم در خصوص آینده این تحقیقات اظهار کرده است که هر گام جدید، پیچیدگی کار را بیشتر میکند، اما اکنون درک بهتری از چگونگی سازماندهی فضایی نفرونهای انسانی در دست است. این دانش پایهای کلید تولید سلولهای کلیوی و نفرونهای عملکردی برای تحقیقات و درمانهای آینده محسوب میشود. گامهای بعدی احتمالاً شامل یکپارچهسازی نفرونهای تولیدشده در بافتهای کلیوی بزرگتر و منسجمتر خواهد بود. محققان همچنین قصد دارند عملکرد طولانیمدت این سلولها را در محیطهای زنده بررسی کنند. ادغام این مدلها با سیستمهای میکروفلوئیدیک که به عنوان کلیه روی تراشه شناخته میشوند، یکی دیگر از اهداف مهم است. این سیستمها میتوانند شرایط فیزیولوژیکی کلیه را بهتر شبیهسازی کرده و امکان آزمایشهای دقیقتر را فراهم کنند. مطالعه عملکرد ژنتیکی در بیماریهای خاص و شخصیسازی درمانها نیز از جمله اهداف آتی این تحقیقات است. با استفاده از سلولهای بنیادی بیماران مختلف، میتوان مدلهای اختصاصی ایجاد کرد که پاسخ فردی به درمانها را پیشبینی کند.
تأثیر بر پزشکی آینده
این دستاوردهای علمی گامی بلند در مهندسی سلولهای کلیه از سلولهای بنیادی محسوب میشوند. با درک بهتر از نحوه شکلگیری محور پروکسیمال-دیستال در نفرونها، مسیر تولید بافتهای کلیوی پیچیده و قابل استفاده در درمانها و مطالعات دارویی روشنتر شده است. این تحقیقات همچنین امیدهای تازهای برای میلیونها بیمار مبتلا به نارسایی کلیه در سراسر جهان ایجاد کرده است. هرچند راه تا دستیابی به درمانهای کاربردی هنوز طولانی است، اما بنیانهای علمی محکمی برای این مسیر فراهم شده است. بهرهبرداری از این یافتهها میتواند آینده جدیدی را در پزشکی بازساختی و درمان بیماریهای کلیوی رقم بزند. ادغام این دانش با سایر پیشرفتهای علمی در حوزههای مهندسی بافت، ژن درمانی و پزشکی شخصی، احتمالاً به انقلابی در نحوه درمان بیماریهای کلیوی منجر خواهد شد.
پایان مطلب/.