به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌های بنیادی امروز به یکی از هیجان‌انگیزترین و امیدبخش‌ترین حوزه‌های علم پزشکی تبدیل شده‌اند. کمتر پیش می‌آید که نامشان در اخبار نباشد؛ از درمان سرطان‌های خون گرفته تا تلاش برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده قلب و مغز. اما این مسیر پرفراز و نشیب، از یک آزمایش ساده در دهه ۱۹۶۰ آغاز شد و به فناوری‌هایی رسید که تصور آن‌ها برای بنیان‌گذاران این علم دشوار بود. این گزارش، داستان چگونگی کشف سلول‌های بنیادی، مهم‌ترین دستاوردهای آن و افق‌های پیش‌رو را روایت می‌کند.

جرقه‌ای در آزمایشگاه: کشف سلول‌های بنیادی خون‌ساز

همه‌چیز از یک پرسش ساده شروع شد. در اواخر دهه ۱۹۵۰، جیمز تیل، فیزیکدانی که به زیست‌شناسی علاقه‌مند شده بود، و ارنست مک‌کالوک، پزشکی که در زمینه خون‌سازی تخصص داشت، در دانشگاه تورنتو به بررسی این موضوع پرداختند که چگونه مغز استخوان پس از آسیب ناشی از پرتوافشانی بازسازی می‌شود. در آن زمان، هیچ نشانگر مشخصی برای شناسایی سلول‌های پیش‌ساز خون وجود نداشت و هیچ روشی برای شمارش آن‌ها ابداع نشده بود. آن‌ها مجبور شدند از صفر شروع کنند .

تیل و مک‌کالوک سلول‌های مغز استخوان را به موش‌هایی که با دوز کشنده پرتوافشانی شده بودند تزریق کردند. چند روز بعد، چیزی دیدند که مسیر علم را برای همیشه تغییر داد: روی طحال موش‌ها، برآمدگی‌های کوچک و مشخصی ظاهر شده بود. آن‌ها دریافتند که تعداد این برآمدگی‌ها با تعداد سلول‌های تزریق‌شده رابطه مستقیم دارد. هر برآمدگی در واقع یک کلنی از سلول‌های خونی بود که از یک سلول واحد منشأ گرفته بود. آن‌ها این سلول‌های مولد کلنی را "واحد تشکیل‌دهنده کلنی" یا CFU نامیدند .

این کشف به ظاهر ساده، انقلابی بود. برای اولین بار، پژوهشگران می‌توانستند سلول‌های بنیادی کمیاب را بشمارند، رفتارشان را بررسی کنند و ثابت کنند که این سلول‌ها هم می‌توانند خود را بازسازی کنند (خودنوسازی) و هم به انواع سلول‌های خونی تمایز یابند. در سال ۱۹۶۳، آن‌ها با همکاری لو سیمینوویچ اثبات کردند که هر کلنی از یک سلول منفرد شکل می‌گیرد و این سلول قادر به خودنوسازی است؛ ویژگی‌ای که تا آن زمان فقط به صورت یک فرضیه مطرح بود . بدین ترتیب، نخستین تعریف عملی و تجربی از یک سلول بنیادی خونی ارائه شد و زمینه برای شکل‌گیری یک حوزه علمی کاملاً جدید فراهم آمد.

گامی بزرگ به سوی انسان: سلول‌های بنیادی جنینی

کشف تیل و مک‌کالوک در مورد خون بود، اما پرسش بزرگ‌تر این بود: آیا می‌توان سلول‌های بنیادی را از مراحل بسیار ابتدایی حیات انسان نیز به دست آورد؟ در سال ۱۹۹۸، جیمز تامسون و همکارانش در دانشگاه ویسکانسین موفق شدند سلول‌های بنیادی جنینی انسانی را از جنین‌های اولیه (blastocyst) جدا کرده و در آزمایشگاه کشت دهند .

این سلول‌ها ویژگی منحصربه‌فردی داشتند: پرتوانی (pluripotency). یعنی توانایی تبدیل شدن به تقریباً هر نوع سلولی در بدن. وقتی این سلول‌ها به موش‌های دارای نقص ایمنی تزریق شدند، تومورهایی به نام تراتوما تشکیل دادند که حاوی سلول‌هایی از هر سه لایه زایای جنینی بودند؛ اثباتی قطعی بر پرتوانی آن‌ها . این دستاورد درهای بی‌سابقه‌ای را به روی پژوهش بیماری‌ها و پزشکی بازساختی گشود. برای اولین بار، دانشمندان ابزاری در اختیار داشتند که می‌توانستند رشد و تمایز بافت‌های انسانی را در ظرف آزمایشگاه مطالعه کنند. با این حال، استفاده از جنین‌های انسانی بحث‌های اخلاقی و محدودیت‌های قانونی گسترده‌ای را نیز به همراه داشت که تا امروز ادامه دارد.

انقلابی که نیازی به جنین نداشت: سلول‌های پرتوان القایی

دو دهه بعد، شینیا یاماناکا، پژوهشگر ژاپنی، کاری کرد که بسیاری آن را غیرممکن می‌دانستند. او و همکارش کازوتوشی تاکاهاشی در سال ۲۰۰۶ نشان دادند که می‌توان سلول‌های بالغ و کاملاً تمایزیافته (مثل سلول‌های پوست) را با وارد کردن تنها چهار ژن خاص، به حالتی شبیه به سلول‌های بنیادی جنینی بازگرداند. آن‌ها این سلول‌های جدید را "سلول‌های بنیادی پرتوان القایی" یا iPSC نامیدند .

این چهار ژن که امروز به نام "عوامل یاماناکا" شناخته می‌شوند، عبارتند از Oct3/4، Sox2، c-Myc و Klf4 . کشف iPSC یک نقطه عطف تاریخی بود، زیرا چالش اخلاقی استفاده از جنین را دور می‌زد و هم‌زمان امکان تولید سلول‌های بنیادی مخصوص به خود بیمار را فراهم می‌کرد؛ امری که خطر پس زدن پیوند را به شدت کاهش می‌داد. یاماناکا در سال ۲۰۱۲ به خاطر این کشف، جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را دریافت کرد . بسیاری از پژوهشگران معتقدند این کشف نه تنها یک پیشرفت فنی، بلکه یک تغییر پارادایم مفهومی بود: نشان داد که سرنوشت سلول‌ها آن‌قدر که تصور می‌شد، قطعی و بازگشت‌ناپذیر نیست .

از آزمایشگاه تا بالین: دستاوردهای امروز

امروزه سلول‌های بنیادی از مرحله آزمایشگاهی فراتر رفته و به درمان‌های واقعی برای بیماران تبدیل شده‌اند. مهم‌ترین و قدیمی‌ترین کاربرد آن‌ها، پیوند سلول‌های بنیادی خون‌ساز است که دهه‌هاست برای درمان سرطان‌های خون مانند لوسمی و لنفوم استفاده می‌شود. اما موج جدید درمان‌ها بر پایه فناوری‌های نوین است.

یکی از چشمگیرترین پیشرفت‌ها، درمان با سلول‌های CAR-T است که در آن سلول‌های ایمنی بیمار (سلول‌های T) از بدن او جدا شده، از نظر ژنتیکی مهندسی می‌شوند تا سلول‌های سرطانی را هدف بگیرند و سپس به بیمار بازگردانده می‌شوند. این روش برای برخی از انواع لوسمی و لنفوم تأییدیه گرفته و امیدهای زیادی برای immunotherapy ایجاد کرده است.

در حوزه دیابت، پژوهشگران توانسته‌اند سلول‌های بنیادی را به سلول‌های تولیدکننده انسولین (سلول‌های جزیره‌ای پانکراس) تبدیل کنند. در کارآزمایی‌های بالینی، برخی بیماران مبتلا به دیابت نوع ۱ پس از دریافت این سلول‌ها توانسته‌اند برای مدتی از تزریق انسولین بی‌نیاز شوند. همچنین در حوزه چشم، پیوند سلول‌های اپیتلیوم رنگدانه‌ای شبکیه مشتق از سلول‌های بنیادی برای درمان نوعی نابینایی ناشی از دژنراسیون ماکولا در حال بررسی و در برخی کشورها در حال استفاده است .

در ژاپن، درمان‌هایی مبتنی بر iPSC برای بیماری پارکینسون و نارسایی قلبی در سال‌های اخیر تأییدیه مشروط دریافت کرده‌اند. برای پارکینسون، سلول‌های پیش‌ساز عصبی مشتق از iPSC به مغز بیمار پیوند زده می‌شوند تا سلول‌های تولیدکننده دوپامین از دست رفته را جایگزین کنند. برای قلب، ورقه‌هایی از سلول‌های عضله قلبی مشتق از iPSC روی بافت آسیب‌دیده قلب قرار می‌گیرند تا عملکرد پمپاژ آن را بهبود بخشند.

علاوه بر این، مفهوم بازبرنامه‌ریزی مستقیم نیز در حال توسعه است. در این روش، به جای اینکه ابتدا یک سلول بالغ را به حالت بنیادی برگردانند و سپس آن را به سلول مورد نظر تبدیل کنند، سلول را مستقیماً از یک نوع به نوع دیگر تغییر می‌دهند. برای مثال، پژوهشگران توانسته‌اند سلول‌های گلیال (سلول‌های پشتیبان مغز) را مستقیماً به نورون تبدیل کنند؛ رویکردی که می‌تواند برای ترمیم آسیب‌های مغزی پس از سکته امیدبخش باشد .

افق‌های آینده: از ترمیم بافت تا ساختن اندام

آینده سلول‌های بنیادی بسیار فراتر از درمان بیماری‌های فعلی است. یکی از جاه‌طلبانه‌ترین اهداف، رسیدن به سلول‌های "توان‌کل" یا totipotent است؛ سلول‌هایی که حتی از سلول‌های پرتوان نیز قدرتمندترند و می‌توانند نه تنها هر نوع سلولی در بدن، بلکه بافت‌های خارج‌جنینی مانند جفت را نیز بسازند. اگر پژوهشگران بتوانند چنین سلول‌هایی را در آزمایشگاه تولید کنند، امکان بازسازی کامل اندام‌های آسیب‌دیده یا حتی رشد اندام‌های جدید در آزمایشگاه ممکن خواهد شد .

هدف بزرگ دیگر، مقابله با بیماری‌هایی است که با زخم و فیبروز مشخص می‌شوند. در نارسایی قلبی یا سیروز کبدی، بافت سالم جای خود را به بافت اسکار می‌دهد و عملکرد اندام مختل می‌شود. اگر بتوان سلول‌های مسئول ایجاد اسکار را به سلول‌های سالم بازبرنامه‌ریزی کرد، می‌توان عملکرد اندام را واقعاً بازیابی کرد، نه فقط از پیشرفت بیماری جلوگیری کرد. همین منطق در مغز نیز دنبال می‌شود، جایی که تبدیل سلول‌های گلیال scarساز به نورون می‌تواند به ترمیم آسیب‌های ناشی از سکته یا بیماری‌های تحلیل‌برنده کمک کند .

با این حال، مسیر پیش‌رو بدون چالش نیست. تولید انبوه سلول‌های باکیفیت برای درمان، با استانداردهای بالای ایمنی و در مقیاسی که پاسخگوی میلیون‌ها بیمار باشد، بسیار پیچیده و پرهزینه است. ایمنی بلندمدت این درمان‌ها نیز هنوز نیازمند مطالعه و پایش دقیق است. نگرانی‌های نظری درباره احتمال تومورزایی سلول‌های بازبرنامه‌ریزی‌شده و نیاز به سرکوب سیستم ایمنی در پیوندهای آلوژنیک (از فرد اهداکننده) از دیگر موانع مهم هستند . با این وجود، سرعت پیشرفت علم در این حوزه و سرمایه‌گذاری عظیمی که در سراسر جهان بر روی آن انجام می‌شود، نشان می‌دهد که سلول‌های بنیادی به یکی از ارکان اصلی پزشکی قرن بیست‌ویکم تبدیل خواهند شد.

داستان سلول‌های بنیادی، داستان کنجکاوی انسان است؛ از یک برآمدگی کوچک روی طحال موش گرفته تا امید به بازسازی قلب و مغز انسان. علمی که با ابزارهای ساده و پرسش‌های بنیادین آغاز شد، امروز به مرزهای تازه‌ای رسیده است و همچنان در حال نوشتن فصل‌های بعدی خود است.

پایان مطلب./