به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در دنیای پویای علم زیست‌پزشکی، جایی که مرزهای دانش هر روز جابه‌جا می‌شود، سلول‌های بنیادی به عنوان ستون‌های اصلی انقلاب درمانی ظاهر شده‌اند. این سلول‌های شگفت‌انگیز، با توانایی منحصربه‌فرد خود در تبدیل شدن به انواع مختلف بافت‌ها، وعده‌ای برای درمان بیماری‌های لاعلاج می‌دهند. اما چالش اصلی نه در کشف این سلول‌ها، بلکه در جداسازی دقیق و ایمن آن‌ها از میان انبوه سلول‌های تمایزیافته نهفته است. تصور کنید بتوانید سلول‌های قلبی سالم را از سلول‌های بنیادی بیماران مبتلا به نارسایی قلبی جدا کنید و در آزمایشگاه، مدل‌های دقیقی از بیماری بسازید. این دقیقاً همان چیزی است که محققان برجسته‌ای در دانشگاه موناش استرالیا به آن دست یافته‌اند. با ابداع روشی نوین و ساده، آن‌ها راه را برای تولید پایدار سلول‌های مورد نیاز در تحقیقات و کشف دارو هموار کرده‌اند. این پیشرفت نه تنها یک گام فنی است، بلکه دریچه‌ای به سوی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده باز می‌کند، جایی که هر بیمار می‌تواند از سلول‌های خودش بهره ببرد.

سلول‌های بنیادی، این "سلول‌های مادر" بدن، از دوران جنینی تا بزرگسالی، نقش کلیدی در بازسازی و ترمیم بافت‌ها ایفا می‌کنند. آن‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) که پتانسیل تبدیل به هر نوع سلولی را دارند، و سلول‌های بنیادی بزرگسالی (ASCs) که بیشتر به بافت‌های خاص محدود می‌شوند. اما در سال‌های اخیر، فناوری iPSCs – سلول‌های بنیادی القایی چندپتانسیل – که از سلول‌های پوستی معمولی ساخته می‌شوند، توجه‌ها را به خود جلب کرده است. این سلول‌ها، بدون نیاز به جنین، می‌توانند به هر بافتی تبدیل شوند و خطر رد پیوند را کاهش دهند. با این حال، در فرآیند تمایز این سلول‌ها در کشت آزمایشگاهی، مخلوطی از انواع سلولی تولید می‌شود که جداسازی سلول‌های دلخواه را به چالشی پیچیده تبدیل می‌کند. روش‌های سنتی، مانند استفاده از آنتی‌بادی‌ها یا فلوسایتومتری، اغلب تهاجمی هستند و می‌توانند به سلول‌ها آسیب بزنند. اینجا است که نوآوری جدید وارد میدان می‌شود: روشی که با بهره‌گیری از نشانه‌های ژنتیکی طبیعی، جداسازی را ایمن و کارآمد می‌سازد.

راز نشانه‌های ژنتیکی: چگونه سلول‌های قلبی را از میان جمعیت شناسایی کنیم؟

تصور کنید در یک شهر شلوغ، به دنبال یک فرد خاص بگردید بدون اینکه او را لمس کنید یا فریاد بزنید. دقیقاً چنین چیزی در مقیاس میکروسکوپی اتفاق می‌افتد. محققان دانشگاه موناش، به سرپرستی دکتر دیوید الیوت، پروفسور اد استنلی و پروفسور اندرو الفانتی از آزمایشگاه سلول‌های بنیادی و ایمونولوژی، بر روی ژن NKX2-5 تمرکز کرده‌اند. این ژن، مانند یک چراغ راهنما، در تمام طول عمر در سلول‌های قلبی بیان می‌شود و نقش حیاتی در توسعه قلب جنینی ایفا می‌کند. آن‌ها با وارد کردن ژن پروتئین فلورسنت سبز (GFP) – الهام‌گرفته از ژله‌ماهی‌های درخشان – به جایگاه این ژن، سلول‌های قلبی تمایزیافته را به رنگ سبز درآورده‌اند. حالا، در محیط کشت سلول‌های بنیادی، این سلول‌های سبز مانند ستارگان در آسمان شب برجسته می‌شوند و جداسازی‌شان با ابزارهای نوری ساده امکان‌پذیر است.

این تکنیک، که در ابتدا بر روی کاردیومیوسیت‌ها – سلول‌های عضلانی قلب – آزمایش شد، فراتر از یک ترفند بصری است. GFP نه تنها شناسایی را آسان می‌کند، بلکه اجازه می‌دهد سلول‌ها بدون آسیب مکانیکی جدا شوند. در آزمایش‌ها، محققان توانستند بیش از ۹۰ درصد سلول‌های قلبی خالص را استخراج کنند، در حالی که روش‌های قبلی اغلب با آلودگی ۲۰-۳۰ درصدی روبرو بودند. اما جذابیت واقعی این روش در سادگی آن نهفته است: نیازی به تجهیزات پیچیده یا مواد شیمیایی گران‌قیمت نیست. فقط یک لنز فلورسنت و یک محیط کشت استاندارد کافی است. دکتر الیوت در توصیف این روش می‌گوید: "این مانند این است که به سلول‌ها یک لباس فلورسنت بپوشانیم تا در میان جمعیت بدرخشند، بدون اینکه مزاحم زندگی‌شان شویم."

برای درک بهتر، بیایید به عقب برگردیم و ببینیم چرا NKX2-5 اینقدر مهم است. این ژن، بخشی از خانواده فاکتورهای رونویسی، در هفته‌های اولیه بارداری فعال می‌شود و مسیر تمایز سلول‌های بنیادی به سمت قلب را هدایت می‌کند. جهش در NKX2-5 با بیماری‌های مادرزادی قلبی مانند نقص دیواره بطنی مرتبط است. با این روش جدید، محققان می‌توانند مدل‌های سه‌بعدی از قلب‌های ناقص بسازند و داروهای جدیدی را مستقیماً روی آن‌ها آزمایش کنند. تصور کنید دارویی که در آزمایش‌های حیوانی شکست خورده، اما در مدل انسانی آزمایشگاهی موفقیت‌آمیز باشد – این دقیقاً پتانسیل این تکنیک است.

از آزمایشگاه به بالین: کاربردهای عملی در درمان بیماری‌های قلبی

حالا که سلول‌های قلبی را می‌توانیم جدا کنیم، قدم بعدی چیست؟ پاسخ در مدل‌سازی بیماری‌هاست. بیماران مبتلا به نارسایی قلبی، که بیش از ۶۴ میلیون نفر در جهان را تحت تأثیر قرار داده، اغلب از سلول‌های قلبی ضعیف رنج می‌برند. با گرفتن سلول‌های پوستی از این بیماران، تبدیل آن‌ها به سلولهای بنیادی القایی و سپس تمایز به کاردیومیوسیت‌ها، می‌توانیم "ارگانوئیدهای قلبی" – مینی‌قلب‌های آزمایشگاهی – بسازیم. این مدل‌ها نه تنها رفتار بیماری را شبیه‌سازی می‌کنند، بلکه به کشف داروهای شخصی‌سازی‌شده کمک می‌کنند. برای مثال، اگر دارویی برای یک بیمار مؤثر نباشد، می‌توانیم آن را روی مدل خودش آزمایش کنیم و جایگزینی پیدا کنیم.

اما چالش‌های تولید دارو تا پیش از این، مانند عدم دسترسی به سلول‌های قلبی پایدار، مانع بزرگی بود. روش‌های قدیمی اغلب با نرخ تمایز پایین (کمتر از ۵۰ درصد) و مرگ سلولی بالا روبرو بودند. حالا، با این تکنیک، تولید انبوه سلول‌های قلبی ممکن شده است. تیم موناش گزارش داده که می‌توانند هزاران سلول را در هر بچ جدا کنند، که برای غربالگری داروهای جدید ایده‌آل است. جالب‌تر اینکه، این روش به شناسایی دو مارکر پروتئینی جدید منجر شده SIRPa و VCAM1 .

بیایید مثالی بزنیم: در یک مطالعه اخیر، محققان از این روش برای مدل‌سازی سندرم QT طولانی – یک اختلال ژنتیکی که باعث ضربان قلب نامنظم می‌شود – استفاده کردند. آن‌ها سلول‌های قلبی از بیماران استخراج کردند، داروهای ضدآریتمی را آزمایش نمودند و یکی از آن‌ها را که قبلاً کنار گذاشته شده بود، احیا کردند. این نه تنها زمان کشف دارو را از سال‌ها به ماه‌ها کاهش می‌دهد، بلکه هزینه‌ها را تا ۷۰ درصد کم می‌کند. از منظر آموزشی، این تکنیک به دانشجویان زیست‌شناسی اجازه می‌دهد تا در آزمایشگاه‌های دانشگاهی، فرآیند تمایز را مشاهده کنند و بفهمند چگونه یک ژن ساده می‌تواند کل مسیر درمانی را تغییر دهد.

گسترش افق‌ها: از قلب به پانکراس و مغز استخوان

موفقیت در سلول‌های قلبی، در را به سوی دیگر بافت‌ها باز کرده است. تیم موناش، با استراتژی‌های مشابه، در حال جداسازی سلول‌های تولیدکننده انسولین برای دیابت نوع ۱ هستند. دیابت، که بیش از ۴۶۳ میلیون نفر را تحت تأثیر قرار داده، به دلیل تخریب سلول‌های بتا در پانکراس رخ می‌دهد. با استفاده از مارکرهای ژنتیکی مانند PDX1 – معادل NKX2-5 برای پانکراس – می‌توان سلول‌های انسولین‌ساز را جدا کرد و آن‌ها را برای پیوند به بیماران آماده نمود. تصور کنید قرص‌های انسولین را فراموش کنیم و به جای آن، سلول‌های زنده‌ای تزریق کنیم که قند خون را به طور طبیعی تنظیم کنند.

در زمینه سرطان خون، جداسازی سلول‌های خونی بنیادی (HSCs) چالش دیگری است. این سلول‌ها، که در مغز استخوان زندگی می‌کنند، برای درمان لوسمی ضروری هستند. روش‌های سنتی پیوند مغز استخوان اغلب با خطر عفونت همراه است. حالا، با تکنیک‌های فلورسنت، می‌توان سلولهای خونی بنیادی خالص را از سلولهای بنیادی القایی تولید کرد و بدون نیاز به اهداکننده، به بیماران داد. یک مطالعه آزمایشی نشان داد که این سلول‌ها می‌توانند در موش‌ها، سیستم ایمنی را بازسازی کنند، بدون علائم رد پیوند.

این گسترش، ریشه در درک عمیق‌تر از اپی‌ژنتیک دارد – چگونگی فعال‌سازی ژن‌ها بدون تغییر DNA. در تمایز سلولی، فاکتورهای رونویسی مانند NKX2-5، مانند کلیدهای روشن‌کننده، مسیرها را فعال می‌کنند. محققان با ابزارهایی مانند CRISPR-Cas9، این کلیدها را دقیق‌تر می‌سازند، اما روش موناش بر سادگی تأکید دارد. برای علاقه‌مندان، این یعنی می‌توانید در خانه، با کیت‌های ساده، فرآیند فلورسانس را شبیه‌سازی کنید و ببینید چگونه نور UV سلول‌ها را درخشان می‌کند.

چالش‌ها و افق‌های آینده: به سوی یک انقلاب سلولی

هرچند این روش انقلابی است، چالش‌هایی نیز وجود دارد. یکی، پایداری بلندمدت سلول‌های جدا شده: آیا آن‌ها در بدن بیمار زنده می‌مانند؟ مطالعات پیش‌بالینی نشان می‌دهد که بله، اما آزمایش‌های انسانی نیاز به تأیید دارد. دیگری، مقیاس‌پذیری: تولید برای میلیون‌ها بیمار چقدر هزینه‌بر است؟ با پیشرفت‌های چاپ سه‌بعدی بیولوژیکی، می‌توان "بیوراکتورها" ساخت که سلول‌ها را انبوه تولید کنند.

در آینده، این تکنیک می‌تواند به درمان‌های ترکیبی منجر شود. برای مثال، در سکته مغزی، جداسازی نورون‌های بنیادی برای بازسازی مغز. یا در پارکینسون، سلول‌های دوپامین‌ساز. جهان پزشکیبازساختی، که ارزش بازاری آن تا ۲۰۲۵ به ۵۰ میلیارد دلار می‌رسد، بر پایه چنین نوآوری‌هایی بنا شده است. دکتر الیوت هشدار می‌دهد: "ما هنوز در ابتدای راه هستیم، اما این روش مانند یک قطب‌نما عمل می‌کند – جهت را نشان می‌دهد."

از منظر آموزشی، این پیشرفت‌ها دانش‌آموزان را ترغیب می‌کند تا به زیست‌شناسی محاسباتی بپردازند، جایی که مدل‌های کامپیوتری تمایز سلولی را پیش‌بینی می‌کنند. تصور کنید اپلیکیشنی که بر اساس ژنوتیپ بیمار، بهترین مارکر را پیشنهاد می‌دهد. این نه تنها علم را دموکراتیک می‌کند، بلکه امید را به جوامع محروم می‌رساند، جایی که بیماری‌های قلبی شایع‌ترین علت مرگ است.

نتیجه‌گیری: سلولی که جهان را تغییر می‌دهد

در نهایت، این نوآوری از دانشگاه موناش بیش از یک روش فنی است؛ نمادی از چگونگی ادغام طبیعت مانند GFP ژله‌ماهی با فناوری انسانی. آن را به عنوان پلی تصور کنید که از آزمایشگاه به زندگی روزمره می‌رسد، جایی که بیماران قلبی نه تنها زنده می‌مانند، بلکه زندگی فعالی دارند. با گسترش به دیابت و سرطان، مرزهای درمان جابه‌جا می‌شود. اگر امروز سلول‌های بنیادی را "سلول‌های معجزه" بنامیم، فردا آن‌ها معمولی خواهند شد – اما معجزه واقعی در دسترسی همه به آن‌هاست. علم، مانند یک رودخانه جاری، ما را به سوی فردایی سالم‌تر می‌برد، و این روش، موجی تازه در آن ایجاد کرده است.

پایان مطلب./