به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در تازه‌ترین گزارش‌ها از حوزه زیست‌شناسی بازسازی، گروهی از پژوهشگران با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته توالی‌گذاری تک‌سلولی و تصویربرداری فضایی موفق شده‌اند نقشه‌ای دقیق از میکروحیطه‌های سلول‌های بنیادی در بدن کرم پلاناریا ترسیم کنند؛ ارگانیسمی که به‌دلیل توانایی اعجاب‌انگیز در بازسازی کامل اندام‌ها مدت‌هاست به‌عنوان مدل کلاسیک مطالعه باززایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این گروه علمی با بررسی ترکیب پروتئینی، الگوهای بیان ژنی و موقعیت فضایی انواع مختلف سلول‌ها نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی نه در محیطی یکنواخت، بلکه در ساختارهایی چندلایه و سازمان‌یافته مستقر هستند. ساختارهایی که از سلول‌های پشتیبان، مسیرهای سیگنال‌دهی اختصاصی و اجزای ماتریکس خارج‌سلولی تشکیل شده و رفتار سلول‌های بنیادی را به‌طور مستقیم تحت کنترل قرار می‌دهند. تحلیل‌های دقیق نشان داده که برخی از این میکروحیطه‌ها مانند ایستگاه‌های گذرگاهی عمل کرده و سلول‌های بنیادی هنگام حرکت بین اندام‌ها، به‌طور موقت در آن‌ها لنگر می‌اندازند تا برنامه تمایزی خود را دریافت کنند. چنین یافته‌هایی این برداشت رایج را که سلول‌های بنیادی پلاناریا به‌طور آزاد در سراسر بدن پراکنده‌اند، به‌چالش کشیده و به‌جای آن تصویری از شبکه‌ای منظم و ساختاریافته ارائه می‌دهد.

پیوند میان سیگنال‌های متابولیک و سرنوشت سلول‌های بنیادی

پژوهشگران با ایجاد تغییرات مصنوعی در ترکیب متابولیکی محیط توانسته‌اند نسبت سلول‌های بنیادی به سلول‌های تمایزیافته را در نواحی مشخصی از بدن پلاناریا دگرگون کنند. تغییری که اهمیت مداخله‌پذیری بالای این سیستم طبیعی را نشان می‌دهد. چنین سازوکاری می‌تواند الگویی ارزشمند برای مهندسی زیست‌مصنوعی بافت‌های انسان‌محور باشد، به‌ویژه در حوزه پزشکی بازساختی که هنوز با چالش کنترل دقیق سرنوشت سلول‌ها روبه‌رو است. مطالعه‌ای که در راستای همین موضوع منتشر شده، به‌طور خاص به بررسی نحوه بازسازی سیستم عصبی پلاناریا پرداخته است. پژوهشگران در این بررسی نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی مسئول بازسازی نورون‌ها در بخش‌های نزدیک به طناب عصبی جانبی قرار گرفته و از سوی سلول‌های گلیال اولیه تحت پیام‌رسانی اختصاصی قرار می‌گیرند. این پیام‌ها که عمدتاً از طریق مولکول‌های شبه‌سیناپسی منتقل می‌شوند، تنها بر مسیر عصبی اثر نمی‌گذارند، بلکه تغییراتی در ساختار سیتواسکلتی سلول‌های بنیادی ایجاد کرده و آن‌ها را برای مهاجرت هدفمند آماده می‌کنند. از سوی دیگر، مشاهده شده که پس از برداشتن یکی از بخش‌های عصبی، میکروحیطه‌های جدیدی به‌سرعت ایجاد شده و مانند سکوی پرتاب برای تولید نورون‌های تازه عمل می‌کنند. چنین واکنشی سریع حاکی از وجود برنامه‌ریزی قبلی در بافت است که با اولین نشانه‌های آسیب، به‌طور خودکار فعال می‌شود. تحلیل ژن‌ست‌ها نیز نشان داده که مسیرهای دخیل در این فرآیند مشابه مسیرهایی هستند که در ترمیم عصبی پستانداران نیز دیده می‌شوند؛ موضوعی که احتمال استفاده از سازوکارهای مشترک فرگشتی را افزایش می‌دهد.

بازنویسی مفهوم کلاسیک جایگاه سلول بنیادی

تا مدت‌ها جایگاه سلول‌های بنیادی به‌صورت نقطه‌ای ثابت و مشخص تعریف می‌شد. مکانی مانند حفره که سلول در آن قرار گرفته و از بیرون محافظت می‌شود. اما اکنون با انتشار نتایج این مطالعات، این مفهوم قدیمی در حال بازتعریف است. در پلاناریا، هیچ نقطه ثابت و ازپیش‌تعریف‌شده‌ای برای حضور همیشگی سلول‌های بنیادی وجود ندارد، بلکه سیستم به‌صورتی پویا و قابل تغییر سازمان یافته است. میکروحیطه‌ها می‌توانند بر اساس نیاز ارگانیسم ظاهر شده، کوچک شوند یا جابه‌جا گردند. این انعطاف‌پذیری باعث می‌شود که فرآیند بازسازی نه‌تنها محدود به بخشی خاص نباشد، بلکه به‌صورت سراسری و هماهنگ انجام گیرد. پژوهشگران اصطلاح زیستگاه‌های مهاجر را برای این ساختارها به کار برده‌اند. مفهومی که نشان می‌دهد سلول‌های بنیادی در جستجوی محیط مناسب برای فعالیت خود، مانند مسافران حرفه‌ای در بدن حرکت کرده و با سازگاری بالا از فرصت‌ها استفاده می‌کنند. با وجود جذابیت این یافته‌ها، انتقال مستقیم آن‌ها به حوزه مطالعات انسانی با محدودیت‌هایی روبه‌رو است. پلاناریا موجودی ساده با سیستم ایمنی ابتدایی است و اغلب واکنش‌هایی که در آن مشاهده می‌شود، در بدن انسان با پیچیدگی‌های بیشتر انجام می‌گیرند. برای مثال، تشکیل میکروحیطه‌های جدید در افراد بالغ انسان به دلیل وجود بافت همبند متراکم و پاسخ‌های ایمنی شدید، به‌سادگی انجام نمی‌پذیرد. با این حال پژوهشگران با استفاده از مدل‌های سلول‌های بنیادی انسانی در ظروف آزمایشگاهی تلاش کرده‌اند تا با شبیه‌سازی ترکیبات شیمیایی مشابه محیط پلاناریا، رفتار مشابهی را ایجاد کنند. نتیجه این تلاش‌ها نشان داده که برخی از مسیرهای سیگنال‌دهی همچون Wnt و Notch، عملکرد همسانی در هر دو سیستم دارند؛ موضوعی که می‌تواند مبنایی برای طراحی ریززیستگاه‌های مصنوعی و قابل حمل باشد. چنین سامانه‌هایی اگر به‌درستی طراحی شوند، شاید بتوانند مشکلات دیرپای درمان‌های مبتنی بر پیوند سلول بنیادی را کاهش دهند؛ مشکلاتی مانند تمایز ناخواسته یا عدم ماندگاری در بافت. یکی از جذاب‌ترین پیامدهای این یافته‌ها، احتمال طراحی بسترهایی است که نه‌تنها سلول بنیادی را در خود جای می‌دهند، بلکه با ارسال سیگنال‌های دقیق، آن را در مسیر دلخواه قرار می‌دهند. تا پیش از این، بیشتر تمرکز بر تهیه سلول مناسب بود اما اکنون اهمیت محیط نیز به همان اندازه مطرح شده است. با الهام از پلاناریا، می‌توان داربست‌هایی ساخت که نواحی مختلف آن دارای ترکیب متفاوت باشد؛ ناحیه‌ای برای تکثیر، ناحیه‌ای برای تمایز، و ناحیه‌ای برای استقرار نهایی. چنین الگویی می‌تواند در ترمیم نخاع، بازسازی پوست‌های سوخته یا ترمیم عضله قلب پس از سکته، تحولی بنیادین ایجاد کند. البته برای تحقق چنین هدفی، لازم است که مطالعات دقیق‌تری روی ماده زمینه‌ای، چگالی سلولی و زمان‌بندی عرضه سیگنال‌ها انجام شود؛ امری که به‌سرعت در حال پیگیری است و برخی مراکز تحقیقاتی در اروپا و آمریکای شمالی پروژه‌های پایلوت خود را شروع کرده‌اند.

اهمیت نگاه چندوجهی در مطالعه بازسازی بافت

گزارشات علمی نشان می‌دهند که نمی‌توان با یک روش تک‌بعدی، به فهم کامل سازوکار بازسازی دست یافت. ترکیب داده‌های مولکولی، تصویربرداری در مقیاس میکرونی و مدل‌سازی ریاضی منجر به ایجاد درکی چندلایه شده که هم ساختار و هم عملکرد را شامل می‌شود. پژوهشگران برای نخستین‌بار توانسته‌اند چرخش سلول‌های بنیادی میان حالت‌های خفته، فعال، مهاجر و تمایزیافته را در قالب نقشه‌هایی سلسله‌مراتبی نمایش دهند؛ نقشه‌هایی که نشان می‌دهند هر سلول همان‌قدر که از ژنوم خود تبعیت می‌کند، از محیط پیرامون نیز سیگنال دریافت کرده و تصمیمات پیچیده می‌گیرد. چنین نگاهی در آینده نزدیک می‌تواند در بازنگری مفهوم بیماری‌های تحلیل‌برنده مانند ALS یا دیستروفی عضلانی نیز نقش مهمی داشته باشد. اگر بتوان برای این بیماران میکروحیطه‌های مناسب ایجاد کرد، شاید حتی بدون پیوند مستقیم سلول، فرایند خودترمیمی در بدن فعال شود. اگرچه هنوز راه درازی تا کاربرد کامل این یافته‌ها در کلینیک وجود دارد، اما بدون تردید، مطالعه پلاناریا تنها یک کنجکاوی زیست‌شناختی نیست. این موجود ظاهراً ساده، پرده از قوانینی برداشته که موجودات پیچیده‌تر نیز از آن پیروی می‌کنند. اکنون که ابزارهای تحلیلی به اندازه کافی دقیق شده‌اند، انتظار می‌رود که موجی از تحقیقات مشابه در دیگر مدل‌های باززایی مانند سمندر یا ستاره دریایی آغاز شود، موجی که شاید شالوده نسل جدیدی از داروها و درمان‌های هوشمند را بنا گذارد.

پایان مطلب./