به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای تازه از مؤسسه گوردون دانشگاه کمبریج، پژوهشگران با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی، مدل‌های جنینی ایجاد کردند که بدون نیاز به تخمک یا اسپرم شکل گرفتند و توانستند سلول‌های خونی تولید کنند. این مدل‌ها مراحل اولیه رشد انسان، شامل تشکیل سه لایه زایشی و سلول‌های قلب تپنده را بازسازی کردند و در روز سیزدهم آزمایش، لکه‌های قرمز خون در آنها پدیدار شد. محققان امیدوارند که این دستاورد بتواند راه را برای تولید سلول‌های خونی سازگار با بدن هر بیمار و درمان‌های نوین بیماری‌های خونی هموار کند.

پرورش ساختارهای شبه‌جنینی

توانایی پرورش ساختارهای شبه‌جنینی از سلول‌های بنیادی انسانی، یکی از پیشرفت‌های چشمگیر زیست‌پزشکی در دهه اخیر است. این فناوری، بدون نیاز به تخمک یا اسپرم، اجازه می‌دهد پژوهشگران به مراحل بسیار ابتدایی رشد انسان دسترسی پیدا کنند و آن را در محیط آزمایشگاه مطالعه نمایند. در پژوهش اخیر مؤسسه گوردون در دانشگاه کمبریج، محققان موفق شدند مدل‌هایی از جنین انسان بسازند که قادر به تولید سلول‌های خونی واقعی بودند. این دستاورد نه تنها به درک بهتر تکوین خون و قلب در جنین کمک می‌کند، بلکه در آینده می‌تواند راه‌حل‌هایی عملی برای درمان بیماری‌هایی نظیر لوسمی و کم‌خونی‌های ارثی فراهم آورد.

تاریخچه

مطالعه بر روی مدل‌های جنینی از سلول‌های بنیادی از حدود دو دهه پیش آغاز شد، اما تا سال‌های اخیر دانشمندان تنها توانسته بودند ساختارهایی ساده و ناقص از جنین را شبیه‌سازی کنند. در گذشته، برای تولید سلول‌های خونی در محیط آزمایشگاهی، نیاز به افزودن مجموعه‌ای از پروتئین‌ها و فاکتورهای رشد وجود داشت تا سلول‌ها به سمت تمایز خونساز هدایت شوند. با این حال، این روش‌ها از نظر کارایی محدود بودند و اغلب سلول‌های تولیدشده فاقد عملکرد کامل سلول‌های خونی طبیعی بودند. در سال‌های اخیر، مفهوم «مدل‌های خودسازمان‌دهنده» از سلول‌های بنیادی مطرح شد؛ ساختارهایی که بدون دخالت بیرونی و تنها از طریق ارتباط درونی سلول‌ها می‌توانند سازمان فضایی و عملکردی شبیه جنین واقعی پیدا کنند. پژوهش تازه کمبریج گام مهمی در تکامل این ایده است، چرا که برای نخستین بار نشان داده است که یک مدل شبه‌جنینی می‌تواند سلول‌های خونی تولید کند، آن هم بدون نیاز به افزودن عوامل خارجی.

شیوه مطالعاتی

در این پژوهش، دانشمندان از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی استفاده کردند؛ سلول‌هایی که توانایی تبدیل به هر نوع سلول بدن را دارند. این سلول‌ها ابتدا در شرایط کنترل‌شده کشت داده شدند تا به تدریج به شکل توده‌های سلولی سه‌بعدی سازمان یابند. ساختارهایی که تشکیل شدند، شامل سه لایه زایشی اصلی ـ اکتودرم، مزودرم و اندودرم ـ بودند؛ لایه‌هایی که در جنین طبیعی نیز پایه‌گذار اندام‌ها و بافت‌های مختلف بدن هستند.
پژوهشگران با استفاده از میکروسکوپ‌های زنده‌نگر روند تکوین را روزبه‌روز زیر نظر گرفتند. تا روز هشتم، سلول‌های قلبی که قابلیت تپیدن داشتند در این مدل‌ها ظاهر شدند. در ادامه، تا روز سیزدهم لکه‌های قرمز خون در ساختار مشاهده شد که نشان‌دهنده آغاز تولید سلول‌های خونی بود. برای بررسی ماهیت این سلول‌ها، نمونه‌هایی از ساختار جدا و در محیط کشت بررسی شد. نتایج نشان داد که سلول‌های به‌دست‌آمده قادرند به انواع گوناگون سلول‌های خونی، از جمله گلبول‌های قرمز و گلبول‌های سفید تمایز یابند. پژوهشگران همچنین آزمایش‌های مولکولی انجام دادند تا اطمینان حاصل کنند که این سلول‌ها نشانگرهای ژنی مخصوص سلول‌های خونساز را بیان می‌کنند.

نتایج

نتایج این مطالعه نشان داد که مدل‌های جنینی ساخته‌شده می‌توانند فرآیند طبیعی تکوین خون را در محیط آزمایشگاه بازسازی کنند. برخلاف روش‌های قدیمی که نیاز به افزودن فاکتورهای رشد متعدد داشتند، در این روش سلول‌ها خود به‌صورت طبیعی مسیر تکوین خونساز را طی کردند. دکتر جیتش نیوپان، نویسنده اصلی مقاله، این دستاورد را لحظه‌ای شگفت‌انگیز توصیف کرد و گفت: «وقتی رنگ قرمز خون در ظرف ظاهر شد، حتی با چشم غیرمسلح هم قابل دیدن بود و ما می‌دانستیم که به مرحله‌ای کلیدی رسیده‌ایم.» سلول‌های خونی به‌دست‌آمده از این مدل نه‌تنها دارای ویژگی‌های مولکولی سلول‌های خونساز بودند، بلکه از نظر عملکردی نیز توانایی تمایز به سلول‌های مختلف ایمنی و اکسیژن‌رسان را داشتند. در واقع، این مدل نشان داد که می‌توان بدون نیاز به فاکتورهای مصنوعی، روند طبیعی شکل‌گیری خون در جنین انسان را بازسازی کرد.

دستاورد

این پژوهش از چند جهت حائز اهمیت است. نخست آنکه راهی برای تولید سلول‌های بنیادی خونساز سازگار با بدن بیمار ارائه می‌دهد. با استفاده از سلول‌های پوستی یا دیگر سلول‌های بدن بیمار می‌توان سلول‌های بنیادی پرتوان ایجاد کرد و سپس با استفاده از این روش جدید، سلول‌های خونی سازگار با همان فرد را به‌دست آورد. چنین روشی در آینده می‌تواند جایگزین پیوندهای مغز استخوان شود و خطر رد ایمنی را از بین ببرد.
دوم آنکه این مدل ابزار قدرتمندی برای مطالعه مراحل ابتدایی رشد انسان فراهم می‌کند. پیش‌تر، مطالعه روی مراحل سوم و چهارم هفته بارداری در انسان به‌دلیل محدودیت‌های اخلاقی و فنی بسیار دشوار بود. اکنون، پژوهشگران می‌توانند در شرایط کنترل‌شده و بدون استفاده از جنین واقعی، این مراحل را در محیط آزمایشگاه مشاهده و بررسی کنند. سوم اینکه این سیستم می‌تواند به غربالگری داروها و شناسایی عوامل مؤثر بر اختلالات خونی و قلبی کمک کند. به عنوان مثال، می‌توان داروهای جدید را بر روی مدل آزمایش کرد تا تأثیر آن بر سلول‌های خونساز و ایمنی سنجیده شود.

گام بعدی مطالعه

پژوهشگران تأکید کرده‌اند که مدل‌های فعلی کامل نیستند و توانایی تبدیل به جنین زنده را ندارند، زیرا فاقد بافت‌های لازم برای تشکیل جفت و کیسه زرده هستند. با این حال، برنامه آینده تیم تحقیقاتی تمرکز بر بهبود شباهت‌های عملکردی این مدل‌ها با جنین طبیعی است. آنها قصد دارند بررسی کنند که چگونه می‌توان فرآیندهای دقیق‌تر تمایز سلول‌های خونساز را کنترل کرد تا تولید خون در مقیاس بزرگ و کاربردی ممکن شود.
همچنین یکی از اهداف بعدی، استفاده از این مدل‌ها برای مطالعه بیماری‌های ژنتیکی خون مانند تالاسمی و کم‌خونی داسی‌شکل است. با وارد کردن جهش‌های خاص به سلول‌های بنیادی اولیه و مشاهده اثر آنها بر تکوین خون، می‌توان درک عمیق‌تری از منشاء این بیماری‌ها به‌دست آورد. در گام‌های بلندمدت، این پژوهش می‌تواند زمینه‌ساز درمان‌های بازساختی فردمحور باشد؛ جایی که هر بیمار، منبع سلول‌های درمانی خود است.

جمع‌بندی

پژوهش اخیر مؤسسه گوردون کمبریج، نقطه عطفی در مسیر علم تکوین و پزشکی بازساختی به شمار می‌آید. این مطالعه نشان داد که با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی می‌توان مدل‌های شبه‌جنینی ایجاد کرد که مراحل حیاتی رشد، از جمله شکل‌گیری قلب و خون، را بازسازی می‌کنند. این دستاورد نه‌تنها فهم ما از تکوین انسان را گسترش می‌دهد، بلکه در آینده نزدیک می‌تواند تحولی بنیادین در درمان‌های خونی و پیوند بافت‌ها ایجاد کند.
نتایج این پژوهش در مجله Cell Reports منتشر شده و امید می‌رود که در سال‌های آتی به پیشرفت درمان‌های مبتنی بر سلول‌های شخصی‌شده و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده منجر شود.

پایان مطلب/.