یاخته بنیادی

سلول بنیادی یا یاخته بنیادی، یاخته‌ای با توانایی تقسیم بالا است که هنوز تقسیم نشده‌اند. یاخته‌های حاصل از تقسیم بُن‌یاخته‌ها (از راه میتوز) یاخته بنیادی بیشتری می‌سازند و می‌توانند به گونه‌های مختلف یاخته‌های دیگر دگرگونی و تمایز یابند و ممکن است در روند تمایز، برخی مانند یاخته‌های عصبی، توانایی تقسیم‌شدن را از دست بدهند. یاخته‌های بنیادی در جانداران چند یاخته‌ای یافت می‌شوند. در پستانداران دو گونه گسترده از یاخته‌های بنیادی وجود دارد: یاخته‌های بنیادی جنینی، که از تو بنیادی بالغ، که در بافت‌های مختلف یافت می‌شوند. در جانداران بالغ، یاخته‌های بنیادی و نیایاخته‌ها به عنوان یک سامانه تعمیر برای بدن و بازسازی بافت‌های بالغ عمل می‌کنند. از بُن‌یاخته‌ها می‌توان در ساخت یاخته‌ها و نهایتاً بافت‌های مختلف نیز استفاده کرد. امروزه کاربرد این یاخته‌ها جهت ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده در حال گسترش است. یاخته‌های بنیادی را بر اساس میزان توانایی آن‌ها در ساخت بافت‌های مختلف، به «همه(تمام) توان» (totipotent)، «پرتوان» (pluripotent)، «چندتوان» (multipotent) و «تک‌توان» (unipotent) تقسیم می‌کنند.

PAGENAME
یک کلنی از یاخته‌های بنیادی جنینی انسان بر روی فیبروبلاست لایه تغذیه‌کنندهُ جنینی موش
جزئیات
شناسه‌ها
لاتینcellula precursoria
MeSHD013234
THH1.00.01.0.00028، H2.00.01.0.00001
FMA63368

فناوری یاخته‌های بنیادی علاوه بر به‌کارگیری این یاخته‌ها جهت درمان بیماری‌ها و ترمیم و نوسازی بافت‌ها، در سال‌های گذشته روی ساخت این یاخته‌ها نیز متمرکز شده‌است. نوبل پزشکی سال ۲۰۱۲ به خاطر کشف روشی برای بازسازی یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایز یافته، مشترکاً به دکتر جان بی. گوردون (John B. Gurdon) و شینیا یاماناکا (Shinya Yamanaka) اعطا شد. منابع اصلی یاخته‌های بنیادی شامل: مغز استخوان، بند ناف، پالپ دندان، بعضی بافت‌های چربی و جفت هستند.

کاربردها و فنون یاخته‌های بنیادی، در زیست‌فناوری و مطالعات پایه آن، در زیست‌شناسی سلولی بررسی می‌گردد.

توانایی تمایز یاخته‌های بنیادی

یاخته‌های بنیادی را می‌توان بر اساس توانایی تمایز و تبدیل آن‌ها به یاخته‌های دیگر به چهار دستهٔ یاختهٔ بنیادی تمام‌توان، پرتوان، چندتوان و تک‌توان تقسیم کرد:[1]

  • «همه(تمام)توان» یا totipotent: به یاخته تخمک و یاخته‌های جنین در مرحله ۴ یاخته‌ای و ۸ یاخته‌ای گفته می‌شود که می‌توانند تمام بافت‌های بدن و همچنین پرده‌های آمنیون (درون شامه) و کوریون (برون شامه) و جفت را ایجاد کنند. این یاخته‌ها را می‌توان از جنین‌های چهار یا پنج روزه حاصل از تخمک‌هایی که با روش‌های آزمایشگاهی لقاح داده می‌شوند به دست آورد و در محیط‌های کشت اختصاصی رشد داد. از این رو، یاخته‌های تمام‌توان به یاخته‌های بنیادی جنینی هم معروف هستند.
  • «پرتوان» یا pluripotent: به یاخته‌هایی گفته می‌شود که می‌توانند یاخته‌های چندین بافت را بسازند. از جمله یاخته‌های لایه اکتودرم، مزودرم و اندودرم که به ترتیب مربوط به لایه‌های خارجی، میانی و داخلی جنین هستند. یاخته‌های بنیادی اکتودرمی، پیش ساز یاخته‌های پوست و یاخته‌های دستگاه عصبی هستند. یاخته‌های مزودرمی پیش ساز بافت‌های عصبی، ماهیچه‌ای، چربی، همبند، خون، یاخته‌های لوله‌های کلیوی و … هستند. یاخته‌های اندودرمی پیش ساز یاخته‌های لوزالمعده، تیروئید و یاخته‌های ریوی هستند. در افراد بزرگسال هم، گونه‌ای از یاخته‌های بنیادی پرتوان که منشأ مزودرمی دارند، در پالپ دندان و بعضی بافت‌های چربی یافت می‌شوند. گونه‌ای از این یاخته‌ها (یاخته‌های بنیادی خون ساز جنینی) را می‌توان از خون باقی‌مانده در بند ناف، پس از تولد نوزاد به دست آورد. ویژگی مهم این یاخته‌ها نابالغ بودن لنفوسیت‌های آن است. از این رو می‌توان با پیوند زدن آن‌ها به مغز استخوان افراد بیمار علاوه بر تأمین یاخته‌های خونی جدید برای آنها، انتظار موفقیت بالایی از عمل پیوند داشت. از آن جا که یاخته‌های بنیادی خون ساز جنینی «پرتوان» هستند و توانایی تمایز به تمام بافت‌های بدن را دارند؛ به دست آوردن آن‌ها از بند ناف افق جدیدی برای درمان بسیاری از بیماری‌ها در آینده نه چندان دور ترسیم می‌کند.
  • «چندتوان» یا multipotent: یک رده پایین‌تر از یاخته‌های پرتوان محسوب می‌شوند و می‌توانند یاخته‌های مختلف یک بافت معین را بسازند. مانند یاخته‌های بنیادی مغز استخوان که قادر به ساخت گونه‌های یاخته‌های مختلف بافت خونی، شامل یاخته‌های قرمز، سفید، لنفوسیت‌ها و پلاکت‌ها هستند. یاخته‌های بنیادی موجود در بافت‌های مختلف (عصبی، پوست و …) افراد بزرگسال، در این دسته قرار می‌گیرند.
  • «تک‌توان» یا unipotent: به یاخته‌هایی گفته می‌شود که تنها توانایی ساخت یک یاخته متمایز را دارند. مانند لنفوسیت‌های B که تنها توانایی ساخت پلاسموسیت‌ها را دارند.

یاخته‌های بنیادی جنینی

یاخته‌های بنیادی جنینی (به انگلیسی embryonic stem cells)، یاخته‌های بنیادی پرتوانی هستند که از تودهٔ یاخته‌ای درونی جنین در مرحلهٔ بلاستوسیت به دست می‌آیند. این یاخته‌ها می‌توانند به تمام رده‌های یاخته‌ای تبدیل شوند.

کشت یاخته‌های بنیادی جنینی

جنین ۳ تا ۵ روزه را بلاستوسیست می‌نامند. یک بلاستوسیست توده‌ای متشکل از ۱۰۰ یاخته یا بیشتر است. یاخته‌های بنیادی، یاخته‌های درونی بلاستوسیست هستند که در نهایت به هر یاخته، بافت و اندام درون بدن تبدیل می‌شوند.

رشد یاخته‌های بنیادی در محیط آزمایشگاه را اصطلاحاً کشت یاخته‌ای می‌نامند. در واقع جدا کردن یاخته‌های بنیادی جنینی از طریق انتقال سطح داخلی بلاستوسیست به یک ظرف کشت آزمایشگاهی پلاستیکی که شامل یک بستر تغذیه‌ای به نام محیط کشت می‌باشد انجام می‌گیرد. تقسیم و ازدیاد یاخته‌ها بر روی سطح این ظرف انجام می‌گیرد. سطح داخلی این ظرف معمولاً به وسیله یاخته‌های پوست جنین موش پوشیده شده‌است. این یاخته‌ها قادر به تقسیم شدن نیستند. به این لایه پوشانندهٔ یاخته‌ای در اصطلاح لایه تغذیه‌ای (به انگلیسی: feeder layer) گفته می‌شود. دلیل به‌کارگیری این یاخته‌ها فراهم آوردن یک سطح طبیعی به منظور چسپیدن یاخته‌های بنیادی به آن و عدم جداشدنشان است. در ضمن یاخته‌های این لایه مواد مغذی را به داخل محیط کشت رها می‌کنند.

پس از چند روز یاخته‌های کشت داده شده شروع به رشد و تقسیم شدن در این محیط می‌کنند. هنگامی که این عمل انجام گرفت یاخته‌های کشت داده شده که زیاد شده‌اند را از این محیط برداشته و به محیطهای تازهٔ کشت منتقل می‌کنند. روند کشت مجدد یاخته‌ها بارها و بارها به مدت چند ماه تکرار می‌شود. پس از ۶ ماه یا بیشتر ۳۰ یاختهٔ اولیه تبدیل به هزاران میلیون یاختهٔ بنیادی جنینی می‌شوند. یاخته‌هایی را که در این دوره ۶ ماه و در این محیط کشت مخصوص تقسیم شده و در عین حال تمایز نیابند را پرتوان (pluripoten) می‌نامند.

به‌تازگی راه حل‌هایی جهت کاهش مدت زمان ساخت یاخته‌های بنیادی ارائه شده‌است.[2]

یاخته‌های بنیادی بزرگسال

یاخته‌های بنیادی بزرگسال (به انگلیسی Adult Stem Cells) یا یاخته‌های بنیادی سوماتیک (به انگلیسی Somatic Stem Cells) یاخته‌های بنیادی‌ای هستند که پس از مراحل رشد جنین و در سرتاسر طول عمر در بافت‌های مختلف بدن حضور دارند و با تقسیم و تمایز یاخته‌های مرده را جایگزین و بافت‌های آسیب‌دیده را ترمیم می‌کنند. اغلب یاخته‌های بنیادی بزرگسال چندتوان یا تک‌توان هستند. یاخته‌های بنیادی خون‌ساز، یاخته‌های بنیادی عصبی و یاخته‌های بنیادی مزانشیمی مثال‌هایی از یاخته‌های بنیادی بزرگسال هستند.

تقسیم یاخته‌های بنیادی

ویژگی عمومی همه یاخته‌های بنیادی، «خود نوسازی» آن‌ها از طریق تقسیم میتوز است. به این صورت که یکی از دو یاخته دختر حاصل از تقسیم هر یک از یاخته‌های بنیادی، همانند یاخته مادر باقی می‌ماند و دیگری وارد مسیر تمایز می‌شود. یکی از معروف‌ترین مثال‌ها در این مورد؛ تشکیل B خاطره در کنار پلاسموسیت حاصل از تقسیم یک یاخته B فعال شده‌است.

مکانیزمی که تعیین می‌کند کدام یاخته تمایز پیدا کند؛ می‌تواند برونگرا یا کاملاً درونی باشد. برای مثال در یاخته‌های بنیادی خون ساز این مکانیزم برون‌گراست. به این معنا که از دو یاخته دختر حاصل از تقسیم، یاخته‌ای که با یاخته استخوانی (استئوبلاست) ارتباط دارد؛ تمایز نیافته باقی می‌ماند. در بعضی یاخته‌ها این مکانیزم درونگراست. در این گونه یاخته‌های بنیادی هنگامی که دو یاخته دختر هنوز کاملاً جدا نشده‌اند؛ پروتئین‌هایی به یکی از آن‌ها منتقل می‌شوند و سرنوشتِ یاخته را به سوی تمایز می‌برند.

ساخت یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایز یافته

پژوهش‌هایی که دربارهٔ ویژگی‌های اساسی یاخته‌های بنیادی انجام شد؛ امکان ایجاد تئوری‌هایی دربارهٔ نحوه ساخت یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایز یافته را به وجود آورد. در یکی از پژوهش‌های اولیه در این باره، دکتر John B. Gurdon با یک آزمایش کلاسیک در سال ۱۹۶۲ نشان داد که تمایز یک پدیده برگشت‌پذیر است. در این آزمایش؛ دکتر گوردون هسته یک یاخته بالغ روده را در یک یاخته تخم قورباغه که هسته آن خارج شده بود، ادغام کرد و مشاهده کرد که مراحل تمایز با موفقیت انجام می‌شود. پژوهش‌های جدید بیولوژیک مولکولی نشان دادند که یاخته‌های بنیادی «پرتوان» دو ویژگی اصلی دارند. اول این که ساختار کروماتین در هسته آن‌ها فشرده نیست (یوکروماتیک هستند). دوم این که یک تعادل خاص بین فاکتورهای رونویسی و ساختار کروماتین آن‌ها برقرار است. به عبارتی ساختار کروماتین (که با ایجاد تغییرات اپی‌ژنتیکی روی پروتئین‌های کروماتین، قابل تغییر است) روی بیان ژن فاکتورهای رونویسی تأثیر دارد. در سال ۲۰۰۶، شینیا یاماناکا (Shinya Yamanaka) موفق شد با بیان مصنوعی ژن‌های تعداد محدودی فاکتورهای رونویسی نظیر Oct3/4, Sox2, Nanog یاخته‌های بالغ دست نخورده را به یاخته‌های نابالغ بنیادی تبدیل کند. تلاش‌های این دو فرد جایزه نوبل فیزیولوژی/پزشکی سال ۲۰۱۲ را به خود اختصاص داد.[3]

افق‌های درمانی

در بیماریی‌هایی که در آن یاخته‌ها دچار خزان یاخته‌ای غیرعادی شده یا به مرور زمان دچار نقص در کارکرد می‌شوند یا با حمله سامانه ایمنی از بین می‌روند؛ به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی افق‌های درمانی تازه‌ای را محقق خواهد کرد.

  • پارکینسون: در این بیماری نورون‌های سازنده دوپامین در قسمت توده سیاه مغز از بین می‌روند. با جایگزین کردن یاخته‌ها می‌توان به بهبودی بیمار کمک کرد. به عبارتی اگر نورون‌های تولیدکننده نوروترانسمیتر دوپامین را بتوان در محیط کشت ایجاد کرد، احتمال درمان افراد مبتلا به پارکینسون فراهم می‌شود چون این بیماران اغلب این نورون‌ها را از دست داده‌اند.
  • دیابت گونه یک: یاخته‌های β در جزایر لانگرهانس پانکراس مورد حمله سامانه ایمنی قرار گرفته و از بین می‌روند. در نتیجه توانایی بدن در ساخت انسولین از بین رفته و درصورت عدم تزریق خارجی، بیمار زنده نخواهد ماند. با بازسازی و جایگزینی این یاخته‌ها مشکلات بیماران دیابتی حل خواهد شد.
  • آلزایمر: در نتیجه تجمع پروتئین tau (مرتبط با ریزلوله‌های اسکلت یاخته‌ای) در داخل یاخته‌های عصبی و تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید در خارج یاخته‌ها، توانایی آن‌ها در انتقال پیام عصبی کاهش یافته و بیمار با مشکلات حافظه و سایر مشکلات عصبی مرتبط رو به رو خواهد شد. در مراحل مختلف این بیماری تعداد زیادی از یاخته‌های درگیر دچار خزان یاخته‌ای می‌شوند. با جایگزین شدن یاخته‌های عصبی از بین رفته؛ بهبود قابل ملاحظه‌ای در وضعیت این بیماران انتظار می‌رود.
  • سکته مغزی: در اثر ایجاد لخته خونی و در نتیجه از بین رفتن بخشی از بافت مغز به علت نرسیدن اکسیژن اتفاق می‌افتد.
  • بیماران قلبی: توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کننده دستگاه ایمنی، از روش پیوند یاخته‌های بندناف به عنوان یک روش کمکی استفاده کرد.
  • بیماران کبدی: اکنون اگر بیماری دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است برای جلوگیری از انتشار سرطان (متاستاز) به بخش‌های دیگر بدن، بخش سرطانی کبد را نابود کند. برای این منظور معمولاً طی دو عمل جراحی هم‌زمان، خون ناحیه سرطانی کبد را قطع می‌کنند تا بافت آن را بازسازی کنند.
  • درمان قرنیه: هم‌اکنون پروژه به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی جهت درمان قرنیه چشم در پژوهشگاه رویان در حال پیگیری می‌باشد.
  • مشکلات/فلج نخاعی، سوختگی، آرتروز، روماتیسم و …
  • درمان بیماری‌های دهان، فک:تحقیقات گسترده‌ای در زمینه درمان آسیب‌های وارده به بافت صورت و غدد بزاقی با به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی در مرحله آزمایشگاهی در حال انجام است که نتیجه حاصل از آن می‌تواند جایگزین مواد مصنوعی شود.[4]

پانویس
  1. «Stem Cell Categories». بایگانی‌شده از اصلی در ۳ اکتبر ۲۰۱۴. دریافت‌شده در ۲۵ اوت ۲۰۱۴.
  2. «کشف شیوه سریعی برای تولید یاخته‌های بنیادی». سایت خبری بیتنا ۲۴. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۲ فوریه ۲۰۱۴.
  3. «جایزه نوبل ۲۰۱۲ در پزشکی/فیزیولوژی».
  4. سلول‌های بنیادی جایگزین مواد مصنوعی در درمان بیماری‌های دهان، فک و صورت . [خبرگزاری جمهوری اسلامی(ایرنا) http://www.irna.ir]

منابع
  • Lippincott’s Illustrated Reviews: Cell and Molecular Biology (2010). ISBN 978-0-7817-9210-3.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.