سلول های بنیادی پلی پوتنت

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت (Pluripotent stem cells) نوعی از سلول‌های بنیادی هستند که توانایی تبدیل به تمامی انواع سلول‌های بدن به‌جز بافت‌های خارج جنینی مانند جفت را دارند. این سلول‌ها در مراحل اولیه رشد جنین و همچنین در محیط‌های آزمایشگاهی از طریق فناوری‌های خاص به دست می‌آیند.برای آگاهی از ادامه مقاله و دریافت جدیدترین اطلاعات، با وب‌ سایت دکتر ایرانی همراه باشید.

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت (Pluripotent Stem Cells) نوعی از سلول‌های بنیادی هستند که توانایی تمایز به اغلب انواع سلول‌های بدن را دارند، اما نمی‌توانند یک ارگانیسم کامل ایجاد کنند. این سلول‌ها برخلاف سلول‌های توتی‌پوتنت که قابلیت تبدیل به تمام بافت‌های بدن و جفت را دارند، فقط می‌توانند به سلول‌های مربوط به لایه‌های جنینی (اِکتودرم، مزودرم و اندودرم) تبدیل شوند. به عبارت دیگر، سلول‌های پلی‌پوتنت می‌توانند انواع سلول‌های عصبی، عضلانی، خونی، پوستی و بسیاری از بافت‌های دیگر بدن را تولید کنند، اما توانایی تشکیل جفت و بافت‌های خارج‌جنینی را ندارند.

اهمیت این سلول‌ها در پزشکی و تحقیقات درمانی بسیار زیاد است، زیرا می‌توان از آنها برای تولید بافت‌ها و اندام‌های مورد نیاز در پیوند، درمان بیماری‌های تحلیل‌برنده مانند پارکینسون و آلزایمر، ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و مطالعات مربوط به رشد جنینی استفاده کرد. منبع اصلی این سلول‌ها معمولاً جنین در مرحله بلاستوسیست است، اما دانشمندان توانسته‌اند سلول‌های بالغ را با روش‌های خاص به سلول‌های بنیادی القایی پلی‌پوتنت (iPSCs) تبدیل کنند که در تحقیقات پزشکی اهمیت فراوانی دارد.

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت چیست

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت به دسته‌ای از سلول‌های بنیادی گفته می‌شود که قدرت تبدیل به تقریباً تمام انواع سلول‌های بدن را دارند، اما قادر به تشکیل یک موجود کامل نیستند. این سلول‌ها از جنین در مراحل اولیه رشد (مرحله بلاستوسیست) یا از سلول‌های بالغ با فناوری القای بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی به دست می‌آیند.

ویژگی مهم سلول‌های پلی‌پوتنت این است که می‌توانند سه لایه اصلی جنینی یعنی اکتودرم، مزودرم و اندودرم را تشکیل دهند. این لایه‌ها اساس تمام بافت‌ها و اندام‌های بدن انسان را تشکیل می‌دهند. به همین دلیل، سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت برای تحقیقات زیست‌پزشکی، تولید بافت‌های آزمایشگاهی و درمان‌های مبتنی بر طب بازساختی بسیار ارزشمند هستند.

تفاوت سلول‌های پلی‌پوتنت و توتی‌پوتنت

سلول‌های توتی‌پوتنت (Totipotent Stem Cells) و پلی‌پوتنت (Pluripotent Stem Cells) هر دو از انواع سلول‌های بنیادی هستند، اما دامنه توانایی تمایز آنها متفاوت است. سلول‌های توتی‌پوتنت در مراحل اولیه رشد جنین (مانند زیگوت و سلول‌های حاصل از تقسیمات اولیه آن) وجود دارند و توانایی تبدیل به تمام انواع سلول‌های بدن و حتی بافت‌های خارج‌جنینی مانند جفت را دارند. به بیان ساده، یک سلول توتی‌پوتنت می‌تواند به یک ارگانیسم کامل تبدیل شود.

در مقابل، سلول‌های پلی‌پوتنت توانایی تولید اکثر سلول‌های بدن را دارند، اما قادر به تشکیل بافت‌های خارج‌جنینی نیستند و در نتیجه نمی‌توانند یک موجود کامل ایجاد کنند. این سلول‌ها از مرحله بلاستوسیست جنین به دست می‌آیند و می‌توانند سه لایه جنینی (اِکتودرم، مزودرم و اندودرم) را تشکیل دهند که اساس همه بافت‌های بدن است. بنابراین، تفاوت اصلی در این است که توتی‌پوتنت بیشترین قدرت تمایز را دارد، در حالی که پلی‌پوتنت محدودتر است اما هنوز دامنه وسیعی از انواع سلول‌ها را می‌سازد.

تفاوت سلول‌های پلی‌پوتنت و مالتی‌پوتنت

سلول‌های پلی‌پوتنت و مالتی‌پوتنت (Multipotent Stem Cells) هر دو توانایی تبدیل به چندین نوع سلول را دارند، اما دامنه این توانایی متفاوت است. سلول‌های پلی‌پوتنت قدرت بیشتری دارند و می‌توانند به سلول‌های مربوط به تمام سه لایه جنینی تبدیل شوند، بنابراین قادرند تقریباً تمام بافت‌های بدن مانند سلول‌های عصبی، عضلانی، خونی و پوستی را ایجاد کنند.

در مقابل، سلول‌های مالتی‌پوتنت قدرت محدودتری دارند و فقط می‌توانند به انواع سلول‌های یک بافت یا یک دستگاه خاص تبدیل شوند. به عنوان مثال، سلول‌های بنیادی خون‌ساز (Hematopoietic Stem Cells) از نوع مالتی‌پوتنت هستند و فقط می‌توانند سلول‌های خونی مختلف مانند گلبول قرمز، سفید و پلاکت‌ها را بسازند، اما نمی‌توانند به سلول‌های عصبی یا عضلانی تبدیل شوند. بنابراین، تفاوت اصلی این است که پلی‌پوتنت دارای قدرت تمایز گسترده‌تر نسبت به مالتی‌پوتنت است.

سلول iPSC

سلول‌های iPSC یا سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (Induced Pluripotent Stem Cells) نوعی از سلول‌های بنیادی هستند که از سلول‌های بالغ بدن مانند سلول‌های پوستی یا فیبروبلاست‌ها به دست می‌آیند.

این فرآیند با استفاده از بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی انجام می‌شود، یعنی ژن‌هایی که در حفظ حالت بنیادی نقش دارند، به سلول‌های بالغ وارد شده و آن‌ها را به حالت پرتوان بازمی‌گردانند. این فناوری انقلابی در علم پزشکی بازساختی ایجاد کرده است، زیرا امکان تولید سلول‌های بنیادی پرتوان بدون نیاز به جنین را فراهم کرده است.

سلول‌های iPSC توانایی تبدیل به تمام سلول‌های بدن (مشابه سلول‌های پلی‌پوتنت جنینی) را دارند، بنابراین می‌توانند برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده، درمان بیماری‌های تحلیل‌برنده، مدل‌سازی بیماری‌ها و حتی تولید دارو استفاده شوند. مهم‌ترین مزیت iPSC این است که می‌توان از سلول‌های خود بیمار آن را تولید کرد، بنابراین خطر پس‌زدگی ایمنی در پیوند کاهش می‌یابد.

سلول‌های iPS و پلی‌پوتنت

سلول‌های iPS در واقع زیرگروهی از سلول‌های پلی‌پوتنت هستند، زیرا تمام ویژگی‌های پرتوانی را دارند. تفاوت اصلی در منبع به‌دست‌آمدن آن‌هاست: سلول‌های پلی‌پوتنت طبیعی عمدتاً از جنین در مرحله بلاستوسیست استخراج می‌شوند، در حالی که سلول‌های iPS از بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ ایجاد می‌شوند.

هر دو نوع سلول توانایی تمایز به تمام سلول‌های بدن (به جز بافت‌های خارج‌جنینی مانند جفت) را دارند و در تحقیقات پزشکی و درمان‌های بازساختی استفاده می‌شوند. با این حال، iPSC به دلیل عدم نیاز به جنین و قابلیت تهیه از سلول‌های خود فرد، مزایای اخلاقی و بالینی بیشتری نسبت به سلول‌های بنیادی جنینی دارند.

کاربرد سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت به دلیل توانایی تمایز به انواع مختلف سلول‌های بدن، کاربردهای گسترده‌ای در پزشکی بازساختی و تحقیقات زیست‌پزشکی دارند. این سلول‌ها می‌توانند به انواع سلول‌های عصبی، قلبی، خونی، عضلانی و پوستی تبدیل شوند، بنابراین برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و تولید اندام‌های مصنوعی اهمیت دارند. از مهم‌ترین کاربردهای آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مهندسی بافت و تولید اندام‌ها برای جایگزینی با بافت‌های آسیب‌دیده یا از کارافتاده

• تحقیقات دارویی برای آزمایش اثر داروها روی سلول‌های انسانی بدون نیاز به تست روی بدن بیمار

• مدل‌سازی بیماری‌ها برای مطالعه مکانیسم‌های بیماری‌های ژنتیکی یا تحلیل‌برنده

• پزشکی شخصی‌سازی‌شده برای تولید سلول‌های اختصاصی بیمار به‌منظور کاهش احتمال پس‌زدگی پیوند

کاربرد سلول‌های بنیادی در درمان بیماری‌ها

سلول‌های بنیادی، به‌ویژه انواع پرتوان (Pluripotent) و چندتوان (Multipotent)، توانسته‌اند در درمان بیماری‌های مختلف نقش مهمی ایفا کنند. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

• درمان بیماری‌های خونی مانند لوسمی و کم‌خونی با پیوند سلول‌های بنیادی خون‌ساز

• ترمیم بافت‌های قلبی در بیماران مبتلا به سکته قلبی یا نارسایی قلبی

• درمان بیماری‌های عصبی مانند پارکینسون، آلزایمر و آسیب نخاعی با جایگزینی نورون‌های آسیب‌دیده

• درمان دیابت نوع ۱ با تولید سلول‌های بتای پانکراس برای ترشح انسولین

• بازسازی پوست برای بیماران دچار سوختگی یا زخم‌های مزمن

• بهبود بینایی با استفاده از سلول‌های شبکیه برای درمان دژنراسیون ماکولا

کاربرد سلول‌های پلی‌پوتنت در درمان سرطان

درمان سرطان با استفاده از سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت بیشتر در مرحله تحقیقاتی قرار دارد و هدف اصلی آن بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده ناشی از درمان‌های ضدسرطان است. برخی کاربردهای مهم عبارتند از:

• ترمیم بافت‌های تخریب‌شده پس از شیمی‌درمانی یا پرتودرمانی برای بازگرداندن عملکرد طبیعی اندام‌ها

• ایجاد مدل‌های سلولی از تومورهای بیمار برای آزمایش داروها و انتخاب بهترین درمان شخصی‌سازی‌شده

• تحقیق در مکانیسم‌های سرطان‌زایی با استفاده از سلول‌های پرتوان برای شبیه‌سازی مراحل رشد تومور

• توسعه ایمنی‌درمانی‌ها با تولید سلول‌های ایمنی اصلاح‌شده برای مقابله با سلول‌های سرطانی

استفاده مستقیم از سلول‌های پلی‌پوتنت برای درمان سرطان هنوز با محدودیت‌هایی مانند خطر تمایز غیرقابل‌کنترل و تشکیل تومور (تراتوم) همراه است، اما در زمینه مدل‌سازی سرطان و توسعه داروهای جدید بسیار مفید بوده است.

تولید سلول‌های پلی‌پوتنت در آزمایشگاه

تولید سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت در آزمایشگاه به دو روش اصلی انجام می‌شود:

1. استخراج از جنین (Embryonic Stem Cells)
   در این روش، سلول‌های بنیادی از مرحله بلاستوسیست جنین استخراج می‌شوند. بلاستوسیست شامل توده سلولی داخلی است که سلول‌های پرتوان در آن قرار دارند. این روش توانایی بالایی در تولید سلول‌های پلی‌پوتنت با کیفیت دارد، اما با چالش‌های اخلاقی همراه است.

2. بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ (iPSCs)
   در این تکنیک، سلول‌های بالغ مانند فیبروبلاست‌ها با استفاده از عوامل بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی (مانند فاکتورهای Yamanaka شامل Oct4، Sox2، Klf4 و c-Myc) به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی تبدیل می‌شوند. این روش بدون نیاز به جنین انجام می‌شود و کاربرد بالایی در تحقیقات و درمان دارد.

هر دو روش نیازمند محیط کشت کنترل‌شده و استفاده از مواد مغذی و فاکتورهای رشد برای حفظ حالت پرتوانی سلول‌ها هستند.

کشت سلول‌های پلی‌پوتنت

کشت سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت فرایندی حساس است که برای حفظ توانایی تمایز و تکثیر کنترل‌شده آنها به شرایط ویژه‌ای نیاز دارد. مراحل اصلی کشت شامل موارد زیر است:

• انتخاب محیط کشت مناسب: محیط کشت حاوی فاکتورهای رشد ضروری مانند LIF (Leukemia Inhibitory Factor) برای موش یا فاکتورهای مشابه برای انسان است.

• استفاده از بستر کشت (Matrix): سلول‌ها معمولاً روی لایه‌های تغذیه‌کننده (Feeder Layer) یا ماتریکس‌های سنتتیک مانند ماتری‌ژل قرار می‌گیرند تا از تمایز ناخواسته جلوگیری شود.

• کنترل شرایط فیزیکی: دما (۳۷ درجه)، رطوبت و سطح CO₂ (۵٪) باید ثابت و بهینه باشد.

• پایش وضعیت سلول‌ها: سلول‌های پلی‌پوتنت باید حالت پرتوانی خود را حفظ کنند. اگر علائم تمایز مشاهده شود، باید پاساژدهی (Subculture) انجام گیرد.

• افزودن فاکتورهای بازدارنده تمایز: برای جلوگیری از تبدیل سلول‌ها به انواع خاص قبل از زمان مطلوب.

کشت موفق این سلول‌ها امکان تولید انبوه برای تحقیقات دارویی، مدل‌سازی بیماری‌ها و حتی پیوند درمانی را فراهم می‌کند.

آینده درمان با سلول‌های پلی‌پوتنت

آینده درمان با سلول‌های پلی‌پوتنت بسیار امیدوارکننده است، زیرا این سلول‌ها توانایی تمایز به تقریباً تمام انواع سلول‌های بدن را دارند و می‌توانند برای بازسازی بافت‌ها، تولید اندام‌های مصنوعی و درمان بیماری‌های صعب‌العلاج مورد استفاده قرار گیرند. پیشرفت‌های اخیر در فناوری بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی، کشت سلول و ویرایش ژنوم (مانند CRISPR-Cas9) امکان توسعه درمان‌های ایمن‌تر و مؤثرتر را فراهم کرده است.

کاربردهای آینده شامل:

• پیوند سلول‌های اختصاصی بیمار بدون خطر پس‌زدگی ایمنی

• مهندسی بافت‌ها و اندام‌های کامل برای جایگزینی اعضای آسیب‌دیده

• درمان بیماری‌های تحلیل‌برنده مانند پارکینسون، آلزایمر، دیابت و بیماری‌های قلبی

• مدل‌سازی بیماری‌ها و تست داروها برای کاهش نیاز به آزمایش‌های حیوانی و افزایش دقت در پزشکی شخصی

چالش‌های اصلی این حوزه شامل کنترل تمایز دقیق سلول‌ها، جلوگیری از تشکیل تومور، و کاهش هزینه‌های تولید است. پیش‌بینی می‌شود با توسعه فناوری‌های جدید، درمان‌های مبتنی بر سلول‌های پلی‌پوتنت در ۱۰ تا ۲۰ سال آینده به یکی از روش‌های رایج در پزشکی بازساختی تبدیل شود.

ریسک‌های ایمونولوژیک در سلول‌های پلی‌پوتنت

یکی از مشکلات اساسی در استفاده از سلول‌های پلی‌پوتنت، بروز واکنش‌های ایمنی پس از پیوند است. حتی اگر این سلول‌ها از انسان تهیه شده باشند، تفاوت‌های ژنتیکی یا اپی‌ژنتیکی ممکن است باعث تحریک سیستم ایمنی میزبان شود. مهم‌ترین ریسک‌های ایمونولوژیک عبارتند از:

• رد پیوند (Rejection): اگر سلول‌ها از فرد دیگری تهیه شده باشند، سیستم ایمنی آنها را به عنوان بافت بیگانه شناسایی و نابود می‌کند.

• پاسخ‌های التهابی مزمن: حتی سلول‌های بازبرنامه‌ریزی‌شده (iPSC) ممکن است تغییرات اپی‌ژنتیک داشته باشند که واکنش ایمنی ایجاد کند.

• تولید آنتی‌بادی علیه سلول‌های پیوندی: در برخی موارد، حتی سلول‌های مشتق از خود فرد پس از بازبرنامه‌ریزی می‌توانند باعث تحریک ایمنی شوند.

راهکارهای کاهش این ریسک‌ها شامل استفاده از iPSC اختصاصی بیمار، ویرایش ژنتیکی برای حذف آنتی‌ژن‌های ایمنی‌زا و استفاده از داروهای سرکوب‌کننده ایمنی است. همچنین تحقیقات جدید روی تولید سلول‌های «جهانی» (Universal Cells) در حال انجام است که بدون تحریک سیستم ایمنی قابل پیوند باشند.

انواع سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت به دسته‌ای از سلول‌ها گفته می‌شود که می‌توانند به انواع سلول‌های موجود در سه لایه جنینی (اِکتودرم، مزودرم و اندودرم) تمایز یابند. مهم‌ترین انواع این سلول‌ها شامل موارد زیر است:

• سلول‌های بنیادی جنینی (Embryonic Stem Cells): از توده سلولی داخلی بلاستوسیست به دست می‌آیند و قدرت بالایی در تمایز به انواع سلول‌های بدن دارند.

• سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs): از بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ به کمک فاکتورهای ژنتیکی ایجاد می‌شوند و عملکردی مشابه سلول‌های جنینی دارند.

• سلول‌های بنیادی حاصل از پارترنوژنز: از تخمک‌های فعال‌شده به‌طور مصنوعی ایجاد می‌شوند و قابلیت استفاده در تحقیقات دارند.

• سلول‌های بنیادی جنینی هیبریدی: در تحقیقات خاص برای ترکیب ژنتیک گونه‌های مختلف استفاده می‌شوند (فقط در مطالعات آزمایشگاهی).

این تنوع منبع سلول‌ها امکان استفاده در حوزه‌های مختلف پزشکی بازساختی، مدل‌سازی بیماری‌ها و تست دارو را فراهم کرده است.

سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت در درمان دیابت

دیابت نوع ۱ یکی از بیماری‌هایی است که ناشی از تخریب سلول‌های بتای پانکراس می‌باشد، سلول‌هایی که مسئول تولید انسولین هستند. سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت می‌توانند برای بازسازی این سلول‌های از دست‌رفته به کار روند. مراحل درمان مبتنی بر این سلول‌ها شامل:

• تمایز کنترل‌شده سلول‌های پلی‌پوتنت به سلول‌های بتای تولیدکننده انسولین

• پیوند این سلول‌ها به بیماران دیابتی برای بازگرداندن توانایی تولید انسولین و کنترل قند خون

• ایجاد ارگانوئیدهای پانکراس در آزمایشگاه برای تست داروها و بررسی عملکرد سلول‌های جدید

چالش اصلی این روش، ایمنی پیوند (پیشگیری از رد ایمنی یا رشد توموری) و حفظ عملکرد طولانی‌مدت سلول‌های پیوندی است. با این حال، مطالعات بالینی در حال پیشرفت است و نتایج امیدوارکننده‌ای در بیماران مشاهده شده است. استفاده از iPSC اختصاصی هر بیمار می‌تواند خطر پس‌زدگی ایمنی را به حداقل برساند و این روش را به یک درمان شخصی‌سازی‌شده مؤثر تبدیل کند.

روش‌های استخراج سلول‌های پلی‌پوتنت

استخراج یا تولید سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت به دو روش اصلی انجام می‌شود:

1. استخراج از جنین (Embryonic Stem Cells)

   • سلول‌های پلی‌پوتنت از توده سلولی داخلی بلاستوسیست (مرحله اولیه رشد جنین) استخراج می‌شوند.

   • پس از جداسازی، این سلول‌ها در محیط کشت مناسب تکثیر و نگهداری می‌شوند.

   • این روش توانایی بالایی در تولید سلول‌های پرتوان دارد، اما مسائل اخلاقی و قانونی را به دنبال دارد.

2. بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ (سلول‌های بنیادی القایی یا iPSCs)

   • در این روش سلول‌های بالغ مانند فیبروبلاست‌ها با استفاده از فاکتورهای بازبرنامه‌ریزی (Oct4، Sox2، Klf4، c-Myc) به حالت پرتوان بازگردانده می‌شوند.

   • این روش بدون نیاز به جنین انجام می‌شود و از نظر اخلاقی مناسب‌تر است.

   • iPSCs مشابه سلول‌های پلی‌پوتنت جنینی عمل می‌کنند و در تحقیقات و درمان کاربرد گسترده‌ای دارند.

مقایسه سلول‌های توتی‌پوتنت و پلی‌پوتنت

سلول‌های بنیادی القایی و پلی‌پوتنت

سلول‌های بنیادی القایی (iPSCs) زیرگروهی از سلول‌های پلی‌پوتنت هستند. هر دو نوع قابلیت تمایز به انواع سلول‌های بدن را دارند، اما تفاوت اصلی آنها در منبع و روش تولید است:

• پلی‌پوتنت جنینی: به‌طور طبیعی در جنین مرحله بلاستوسیست وجود دارد و با استخراج از آن به دست می‌آید.

• iPSCs: از سلول‌های بالغ مانند پوست یا خون با استفاده از بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی ایجاد می‌شود.

مزیت iPSCs:

• بدون نیاز به جنین → حذف مشکلات اخلاقی

• امکان تولید از سلول‌های خود بیمار → کاهش خطر رد پیوند

کاربرد هر دو:

• تولید بافت برای پیوند

• مدل‌سازی بیماری‌ها

• تست داروها و توسعه درمان‌های شخصی

سخن آخر
سلول‌های بنیادی پلی‌پوتنت به دلیل قدرت بالای تمایز و کاربردهای بالقوه در پزشکی نوین، یکی از ارکان اصلی تحقیقات زیست‌پزشکی به شمار می‌روند. استفاده ایمن و مؤثر از این سلول‌ها می‌تواند در درمان بیماری‌های عصبی، قلبی و حتی برخی اختلالات ژنتیکی نقش‌آفرین باشد. با وجود این، چالش‌های اخلاقی، ایمنی و کنترل دقیق تمایز این سلول‌ها همچنان موضوعات مورد بحث در علم پزشکی هستند. آینده درمان‌های بازساختی به‌طور چشمگیری به پیشرفت‌های حاصل در مطالعه و بهره‌برداری از این سلول‌های ارزشمند وابسته است.

⏬مقالات پیشنهادی برای شما عزیزان⏬

سلول های بنیادی توتی پوتنت کاردیومیوپاتی پلی ‌سیتمی 

مطالعه بیشتر