یادداشت چند منبعی
تولید ارگانوئیدهای عملکردی از بافت چربی بالغ انسان با روشی نوین و بدون دستکاری ژنتیکی
پژوهشگران چینی موفق شدهاند با استفاده از بافت چربی بالغ انسان، بدون جداسازی سلولهای بنیادی و بدون مهندسی ژنتیک، ارگانوئیدهای عملکردی متنوعی تولید کنند.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک مطالعه تازه منتشرشده در مجله Engineering از معرفی روشی نوآورانه برای تولید ارگانوئیدهای عملکردی از بافت چربی بالغ انسان خبر میدهد. در این رویکرد، پژوهشگران با بهرهگیری از سیستم کشت تعلیقی ویژه و ایجاد ساختارهایی به نام میکروفَت بازتجمعیافته، توانستند ارگانوئیدهایی مشتق از هر سه لایه زاینده جنینی شامل مزودرم، اندودرم و اکتودرم ایجاد کنند. این ارگانوئیدها بدون نیاز به جداسازی پیچیده سلولی یا دستکاری ژنتیکی تولید شده و قابلیت عملکردی قابلتوجهی از خود نشان دادند. نتایج این تحقیق نهتنها نشاندهنده پتانسیل بالای بافت چربی بهعنوان منبعی در دسترس و غنی برای تولید ارگانوئید است، بلکه چشماندازهای تازهای را برای درمان دیابت، اختلالات خونی و بیماریهای عصبی ترسیم میکند.
مقدمه
ارگانوئیدها بهعنوان ساختارهای سهبعدی مشتق از سلولها که قادر به تقلید بخشی از سازمان و عملکرد اندامهای انسانی هستند، در سالهای اخیر به یکی از مهمترین ابزارهای پژوهشی در زیستپزشکی تبدیل شدهاند. این ساختارها امکان مطالعه دقیقتر تکوین اندامها، مکانیسمهای بیماری و ارزیابی داروها را در شرایطی نزدیکتر به وضعیت درونتنی فراهم میکنند. با این حال، تولید ارگانوئیدها معمولاً متکی بر سلولهای بنیادی پرتوان القایی یا سلولهای بنیادی جنینی است که فرایند بهدستآوردن، کشت و تمایز آنها پیچیده، پرهزینه و گاه با چالشهای اخلاقی همراه است. از این رو، یافتن منابع سلولی جایگزین که هم در دسترس باشند و هم توانایی تمایز چندلایهای داشته باشند، به یکی از اولویتهای اصلی حوزه پزشکی بازساختی بدل شده است. در این میان، بافت چربی بالغ انسان بهدلیل فراوانی، دسترسی آسان و حداقل تهاجم در زمان برداشت، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. با وجود آنکه پیشتر از سلولهای بنیادی مشتق از بافت چربی در برخی کاربردهای درمانی استفاده شده بود، اما تبدیل مستقیم این بافت به ارگانوئیدهای عملکردی بدون مراحل پیچیده جداسازی سلولی، دستاوردی است که تا پیش از این بهصورت گسترده گزارش نشده بود.
تاریخچه
تحقیقات مرتبط با ارگانوئیدها از اوایل دهه ۲۰۱۰ میلادی شتاب گرفت؛ زمانی که دانشمندان موفق شدند ساختارهای سهبعدی رودهای را از سلولهای بنیادی بالغ تولید کنند. پس از آن، ارگانوئیدهای مغز، کبد، پانکراس و سایر اندامها معرفی شدند. با این حال، بیشتر این پیشرفتها وابسته به فناوریهای پیچیده کشت سلولهای بنیادی پرتوان و دستکاری دقیق مسیرهای سیگنالینگ بودند. در سوی دیگر، مطالعات روی بافت چربی عمدتاً بر سلولهای بنیادی مزانشیمی مشتق از آن متمرکز بود. این سلولها توان تمایز به دودمانهای مزودرمی مانند استخوان و غضروف را داشتند، اما پتانسیل آنها برای ایجاد ساختارهای پیچیدهتر و چندلایهای کمتر مورد توجه قرار گرفته بود. در سالهای اخیر، شواهدی بهدست آمد که نشان میداد محیط کشت سهبعدی و تعاملات سلولی حفظشده در بافت میتواند ظرفیت تمایزی سلولها را بهطور قابلتوجهی افزایش دهد. مطالعه اخیر در واقع بر پایه همین دیدگاه شکل گرفته و با حفظ ساختار بافتی میکروفَت، مسیر تازهای برای تولید ارگانوئیدها گشوده است.
شیوه مطالعاتی
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی از دانشگاه پزشکی شانگهای جیاوتونگ و مؤسسه جراحی پلاستیک و ترمیمی شانگهای، نمونههای بافت چربی بالغ انسان را بدون انجام جداسازی تکسلولی مورد استفاده قرار دادند. این بافتها پس از پردازش اولیه بهصورت قطعات ریز، در یک سیستم کشت تعلیقی ویژه قرار گرفتند تا ساختارهایی موسوم به میکروفَت بازتجمعیافته شکل گیرد. این روش باعث حفظ تعاملات سلولی طبیعی و اجزای ماتریکس خارجسلولی شد که نقش مهمی در هدایت تمایز سلولی دارند. برای القای تمایز، پژوهشگران از محیطهای کشت و فاکتورهای رشدی اختصاصی استفاده کردند که هر یک مسیر تکوینی خاصی را فعال میکرد. برای تولید ارگانوئیدهای مغز استخوان، پلتهای RMF به موشهای دچار نقص ایمنی پیوند زده شدند. برای تمایز اندودرمی و تولید ارگانوئیدهای جزایر پانکراسی، یک پروتکل چهارمرحلهای طراحی شد که مراحل اندودرم قطعی، پیشساز پانکراسی، پیشساز اندوکرین و سلولهای بتا را شبیهسازی میکرد. همچنین برای بررسی پتانسیل اکتودرمی، RMFها به سمت تشکیل نورواسفر و سپس دودمانهای عصبی هدایت شدند.
نتایج
نتایج این مطالعه نشان داد که میکروفَت بازتجمعیافته قادر است به ارگانوئیدهایی با ویژگیهای ساختاری و عملکردی قابلتوجه تبدیل شود. در مدل مغز استخوان، پلتهای RMF پس از پیوند در بدن موشها دچار استخوانسازی اندوکندرال شدند و استخوانکهایی ایجاد کردند که دارای نیچهای اندوستئال و پریواسکولار بودند. این ساختارها توانستند از پیوند و تمایز سلولهای بنیادی خونساز انسانی حمایت کنند و الگوی خونسازی انسانی را بازسازی نمایند. در بخش مربوط به ارگانوئیدهای پانکراسی، سلولهای مشتق از RMF موفق شدند انسولین را بهصورت وابسته به گلوکز ترشح کنند. میزان ترشح انسولین در شرایط گلوکز بالا بهطور معنیداری افزایش یافت که نشاندهنده عملکردی بودن این ارگانوئیدهاست. پس از پیوند این ساختارها به موشهای دیابتی، کاهش سریع قند خون و حفظ سطح طبیعی آن در طول دوره مطالعه مشاهده شد. همچنین در مسیر تمایز عصبی، RMFها نورواسفرهایی ایجاد کردند که بیانکننده نشانگرهای سلولهای بنیادی عصبی بودند و سپس به نورونها و سلولهای گلیال بالغ تمایز یافتند. این یافتهها نشان داد که بافت چربی بالغ انسان، برخلاف تصور سنتی، ظرفیت تمایز به دودمانهای اکتودرمی را نیز داراست.
دستاورد
مهمترین دستاورد این پژوهش، معرفی یک راهبرد سادهتر، مقیاسپذیرتر و از نظر بالینی واقعبینانه برای تولید ارگانوئیدهای عملکردی است. حذف مراحل پرهزینه و زمانبر جداسازی سلولی و دستکاری ژنتیکی، این روش را به گزینهای جذاب برای کاربردهای درمانی آینده تبدیل میکند. علاوه بر این، استفاده از بافت چربی که بهوفور در دسترس است، میتواند موانع عملی تولید ارگانوئیدها را بهطور چشمگیری کاهش دهد. این دستاورد همچنین امکان توسعه مدلهای انسانی دقیقتر برای مطالعه خونسازی، دیابت و بیماریهای عصبی را فراهم میکند و میتواند به تسریع کشف دارو و ارزیابی درمانهای نوین کمک کند.
گام بعدی مطالعه
پژوهشگران در گامهای بعدی قصد دارند ایمنی و پایداری بلندمدت این ارگانوئیدها را در مدلهای پیشبالینی گستردهتر بررسی کنند. همچنین بهینهسازی پروتکلها برای افزایش بازده تمایز و یکنواختی ارگانوئیدها از جمله اهداف آتی این گروه تحقیقاتی است. بررسی امکان استفاده از این روش در محیطهای بالینی و پیوند اتولوگ نیز میتواند مسیر را برای ورود این فناوری به عرصه درمان هموار کند. در مجموع، این مطالعه نشان میدهد که بافت چربی بالغ انسان میتواند بهعنوان منبعی کلیدی و تحولآفرین در تولید ارگانوئیدهای عملکردی مطرح شود و نقش مهمی در آینده پزشکی بازساختی ایفا کند.
پایان مطالب/.