به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تولید بافت‌های آزمایشگاهی که بتوانند ساختار و عملکرد اندام‌های انسانی را تا حدی بازسازی کنند، یکی از مهم‌ترین مسیرهای پیشرفت زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی است. در همین راستا، پژوهشگران با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) توانسته‌اند ساختارهایی سه‌بعدی و مینیاتوری شبیه عدسی چشم انسان ایجاد کنند. این ساختارها با برخورداری از ویژگی‌هایی مانند سازمان‌یابی سلول‌های فیبری عدسی، بیان پروتئین‌های اختصاصی و تشکیل ساختارهای مرتبط با کپسول عدسی، می‌توانند به‌عنوان مدلی آزمایشگاهی برای مطالعه رشد و بیماری‌های این بافت مورد استفاده قرار گیرند. اهمیت این دستاورد تنها به تولید یک ساختار مشابه عدسی محدود نمی‌شود، بلکه فراهم‌کردن بستری برای بررسی اختلالات مولکولی، ارزیابی داروها و مطالعه پاسخ سلول‌های عدسی به عوامل آسیب‌رسان نیز از کاربردهای بالقوه آن به شمار می‌رود. هرچند این ساختارها هنوز جایگزین عدسی طبیعی یا روش‌های جراحی درمان بیماری‌های چشم نیستند، توسعه آن‌ها می‌تواند زمینه‌ساز مطالعات دقیق‌تر در حوزه مهندسی بافت چشم باشد.

شیوه مطالعاتی و مراحل انجام پژوهش

در این پژوهش، محققان از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs) به‌عنوان نقطه شروع برای ایجاد بافت شبه‌عدسی استفاده کردند. این سلول‌ها به دلیل توانایی تکثیر و تمایز به انواع مختلف سلول‌های تخصص‌یافته، ابزار مناسبی برای بازسازی بافت‌های انسانی در شرایط آزمایشگاهی محسوب می‌شوند. یکی از ویژگی‌های مهم روش مورد استفاده، بهره‌گیری از سامانه‌ای به نام SEAM است. این اصطلاح مخفف عبارت Self-formed Ectodermal Autonomous Multi-zone به معنای ساختار اکتودرمی چندناحیه‌ای خودسازمان‌یافته است. در این روش، سلول‌های بنیادی در شرایط کنترل‌شده کشت داده می‌شوند و به‌تدریج آرایش‌هایی با نواحی متفاوت ایجاد می‌کنند. هر ناحیه می‌تواند نمایانگر جمعیتی از سلول‌های پیش‌ساز با سرنوشت تکوینی متفاوت باشد. این ساختار پیش‌تر برای مطالعه تکوین بافت‌های مختلف چشم، از جمله سلول‌های مرتبط با عدسی، شبکیه و اپیتلیوم سطح چشم مورد استفاده قرار گرفته بود. در مطالعه جدید، پژوهشگران این سامانه را با یک محیط کشت اختصاصی به نام Lens Optimised Medium یا LOM ترکیب کردند. هدف از طراحی این محیط، فراهم‌کردن شرایط مناسب برای هدایت تمایز سلول‌ها به سمت رده سلولی عدسی و تقویت ویژگی‌های اختصاصی این بافت بود. به

نتایج پژوهش؛ شکل‌گیری ساختارهای شبه‌عدسی با ویژگی‌های اختصاصی

یکی از مهم‌ترین نتایج مطالعه، تشکیل ساختارهای سه‌بعدی شبیه عدسی بود که پژوهشگران آن‌ها را Lentoids نام‌گذاری کردند. این ساختارها از نظر سازمان‌یابی سلولی و ویژگی‌های مولکولی، شباهت قابل‌توجهی به بخش‌هایی از عدسی طبیعی انسان نشان دادند. در بررسی‌های انجام‌شده، افزایش بیان پروتئین‌های کریستالین مشاهده شد. کریستالین‌ها گروهی از پروتئین‌های اختصاصی عدسی هستند که نقش مهمی در حفظ شفافیت و پایداری ساختاری این بافت دارند. برخلاف بسیاری از پروتئین‌های سایر بافت‌ها که به‌طور مداوم جایگزین می‌شوند، پروتئین‌های عدسی باید برای مدت بسیار طولانی ساختار و عملکرد خود را حفظ کنند. بنابراین، نحوه تولید، سازمان‌یابی و کنترل کیفیت این پروتئین‌ها از موضوعات اساسی در زیست‌شناسی عدسی محسوب می‌شود. در میان پروتئین‌های شناسایی‌شده، افزایش بیان گاما کریستالین (γ-crystallin) در شرایط استفاده از محیط کشت اختصاصی عدسی اهمیت ویژه‌ای داشت. این یافته نشان داد که تغییر ترکیب محیط کشت می‌تواند بر میزان بلوغ مولکولی ساختارهای تولیدشده تأثیر بگذارد و آن‌ها را به ویژگی‌های عدسی طبیعی نزدیک‌تر کند.

بازسازی سازمان سلول‌های اپیتلیال و فیبری عدسی

یکی از ویژگی‌های مهم عدسی طبیعی، وجود دو جمعیت سلولی اصلی با عملکردهای متفاوت است. سلول‌های اپیتلیال در بخش جلویی عدسی قرار دارند و در حفظ جمعیت سلولی و تولید سلول‌های جدید نقش ایفا می‌کنند. در مقابل، سلول‌های فیبری عدسی از تمایز سلول‌های پیش‌ساز ایجاد می‌شوند و بخش عمده حجم عدسی را تشکیل می‌دهند. در جریان بلوغ، سلول‌های فیبری کشیده‌تر می‌شوند و آرایش منظم و فشرده‌ای پیدا می‌کنند. این تغییرات برای حفظ ویژگی‌های نوری عدسی ضروری هستند. در مطالعه جدید، ساختارهای حاصل دارای سلول‌های اپیتلیال لایه‌بندی‌شده و سلول‌های فیبری کشیده‌شده با ویژگی‌هایی مشابه فیبرهای قشری عدسی بودند.

دستاوردهای علمی و اهمیت پژوهش در پزشکی بازساختی

این مطالعه از چند جهت اهمیت دارد. نخست آنکه امکان مطالعه مستقیم‌تر تکوین عدسی انسان را در شرایط آزمایشگاهی فراهم می‌کند. دسترسی به بافت عدسی انسان در مراحل اولیه رشد جنینی بسیار محدود است و همین مسئله مطالعه دقیق فرایندهای طبیعی تشکیل این بافت را دشوار می‌کند. استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی می‌تواند بخشی از این محدودیت را برطرف کند. دومین دستاورد، فراهم‌شدن یک مدل انسانی برای بررسی بیماری‌های مرتبط با عدسی، به‌ویژه آب‌مروارید است. آب‌مروارید زمانی ایجاد می‌شود که پروتئین‌های عدسی دچار تغییرات ساختاری، تجمع یا اختلال در عملکرد شوند و شفافیت طبیعی بافت کاهش یابد. با توجه به اینکه کریستالین‌ها باید در طول عمر فرد ساختار مناسبی داشته باشند، هرگونه اختلال در کنترل کیفیت پروتئین‌ها می‌تواند زمینه‌ساز آسیب به عدسی شود. مدل‌های حاصل از این پژوهش می‌توانند به محققان کمک کنند تا تأثیر عوامل ژنتیکی، محیطی و دارویی را بر سلامت پروتئین‌های عدسی بررسی کنند. برای مثال، می‌توان در مطالعات آینده سلول‌های بنیادی مشتق از افراد مبتلا به انواع ارثی آب‌مروارید را به کار گرفت و تفاوت‌های میان ساختارهای شبه‌عدسی سالم و بیمار را بررسی کرد. چنین رویکردی امکان مطالعه ارتباط میان جهش‌های ژنتیکی، اختلال در بیان پروتئین‌ها و تغییرات معماری بافتی را فراهم می‌کند.

گام بعدی مطالعه؛ حرکت به سمت مدل‌سازی بیماری و آزمایش داروها

با وجود نتایج امیدوارکننده، ساختارهای تولیدشده هنوز معادل کامل عدسی طبیعی انسان نیستند. یکی از موضوعات مهم برای مطالعات آینده، بررسی دقیق‌تر عملکرد فیزیولوژیک این ساختارهاست. برای مثال، باید مشخص شود که آیا ساختارهای شبه‌عدسی می‌توانند مانند عدسی طبیعی نور را به‌طور مناسب عبور دهند و ویژگی‌های نوری لازم برای تمرکز نور را حفظ کنند یا خیر. همچنین، پایداری این ساختارها در دوره‌های طولانی‌تر کشت و میزان بلوغ سلول‌های فیبری از موضوعات مهم برای ادامه پژوهش خواهد بود. بررسی دقیق‌تر ترکیب پروتئینی، ویژگی‌های مکانیکی، سازمان‌یابی سه‌بعدی و عملکرد اتصالات بین‌سلولی می‌تواند میزان شباهت این مدل‌ها به بافت طبیعی را مشخص‌تر کند. یکی از مسیرهای مهم آینده، استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی اختصاصی بیماران است. در این روش می‌توان از سلول‌های افراد مبتلا به بیماری‌های ژنتیکی عدسی، سلول بنیادی تولید کرد و سپس آن‌ها را به ساختارهای شبه‌عدسی تبدیل کرد. با مقایسه این ساختارها با نمونه‌های سالم، امکان شناسایی تغییرات مولکولی و سلولی مرتبط با بیماری فراهم می‌شود. از دیگر کاربردهای احتمالی، استفاده از این مدل برای ارزیابی سمیت داروها و شناسایی ترکیباتی است که می‌توانند از تجمع پروتئین‌ها و کاهش شفافیت عدسی جلوگیری کنند. البته پیش از ورود به کاربردهای بالینی، لازم است قابلیت تکرارپذیری روش، پایداری ساختارها و اعتبار عملکردی آن‌ها در مطالعات مستقل تأیید شود.

جمع‌بندی

تولید ساختارهای شبه‌عدسی انسان از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، گامی مهم در توسعه مدل‌های آزمایشگاهی اختصاصی برای مطالعه تکوین و بیماری‌های چشم محسوب می‌شود. ترکیب فناوری SEAM با محیط کشت اختصاصی عدسی توانسته است زمینه شکل‌گیری ساختارهایی را فراهم کند که علاوه بر بیان نشانگرهای مولکولی اختصاصی، برخی ویژگی‌های معماری عدسی طبیعی را نیز بازسازی می‌کنند. وجود سلول‌های اپیتلیال و فیبری سازمان‌یافته، افزایش بیان کریستالین‌ها، تشکیل ساختارهای مرتبط با کپسول عدسی و شناسایی جمعیت‌های سلولی دارای قابلیت ایجاد ساختارهای ثانویه، از مهم‌ترین یافته‌های این پژوهش هستند. اگرچه این دستاورد هنوز به معنای تولید عدسی قابل‌پیوند یا ارائه درمان جدید برای آب‌مروارید نیست، اما می‌تواند ابزار ارزشمندی برای شناخت مکانیسم‌های بیماری، بررسی نقش ژن‌ها در تکوین چشم و آزمایش داروهای جدید باشد. این پژوهش همچنین نشان می‌دهد که ترکیب خودسازمان‌یابی سلول‌های بنیادی با شرایط کشت هدفمند می‌تواند راهبرد مؤثری برای بازسازی مدل‌های پیچیده‌تر بافت‌های انسانی باشد؛ رویکردی که در آینده می‌تواند در سایر حوزه‌های پزشکی بازساختی نیز کاربرد پیدا کند.

پایان مطالب/.