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 انواع مختلف یاخته‌های دیگر دگرگونی و تمایز یابند و ممکن است در مسیر تمایز، برخی مانند یاخته‌های عصبی، قابلیت تقسیم شدن 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 موجودات بالغ، یاخته‌های بنیادی و نیایاخته‌ها به عنوان یک سیستم تعمیر برای بدن و بازسازی بافت‌های بالغ عمل می‌کنند. از بُن‌یاخته‌ها می‌توان در تولید یاخته‌ها و نهایتاً بافت‌های مختلف نیز استفاده کرد. امروزه استفاده از این یاخته‌ها جهت ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده در حال گسترش است. یاخته‌های بنیادی را بر اساس میزان توانایی آن‌ها در تولید بافت‌های مختلف، به «همه(تمام) توان» (totipotent)، «پر توان» (pluripotent)، «چند توان» (multipotent) و «تک توان» (unipotent) تقسیم می‌کنند. فناوری یاخته‌های بنیادی علاوه بر استفاده از این یاخته‌ها جهت درمان بیماری‌ها و ترمیم و نوسازی بافت‌ها، در سالهای اخیر روی تولید 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.

PAGENAME
یک کلنی از یاخته‌های بنیادی جنینی انسان بر روی فیبروبلاست لایه تغذیه‌کنندهُ جنینی موش
جزئیات
شناسه‌ها
لاتین	cellula precursoria
مش	D013234
تی‌اچ	H1.00.01.0.00028، H2.00.01.0.00001
اف‌ام‌اِی	63368

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:

• «همه(تمام)توان» یا totipotent: به سلول تخمک و سلول‌های جنین در مرحله ۴ سلولی و ۸ سلولی 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 تمام توان به یاخته‌های بنیادی جنینی هم معروف هستند.
• «پرتوان» یا pluripotent: به سلول‌هایی گفته می‌شود که می‌توانند سلول‌های چندین بافت را تولید کنند. از جمله سلول‌های لایه اکتودرم، مزودرم و اندودرم که به ترتیب مربوط به لایه‌های خارجی، میانی و داخلی جنین هستند. یاخته‌های بنیادی اکتودرمی، پیش ساز سلول‌های پوست و سلول‌های دستگاه عصبی هستند. یاخته‌های مزودرمی پیش ساز بافت‌های عصبی، ماهیچه‌ای، چربی، همبند، خون، سلول‌های لوله‌های کلیوی و … هستند. یاخته‌های اندودرمی پیش ساز سلول‌های لوزالمعده، تیروئید و سلول‌های ریوی هستند. در افراد بزرگسال هم، نوعی از یاخته‌های بنیادی پر توان که منشأ مزودرمی دارند، در پالپ دندان و بعضی بافت‌های چربی یافت می‌شوند. نوعی 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 سلول‌های خونی جدید برای آنها، انتظار موفقیت بالایی از عمل پیوند داشت. از آن جا که یاخته‌های بنیادی خون ساز جنینی «پرتوان» هستند و قابلیت 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 سلول‌های پر توان محسوب می‌شوند و می‌توانند سلول‌های مختلف یک بافت معین را تولید کنند. مانند سلول‌های بنیادی مغز استخوان که قادر به تولید انواع سلول‌های مختلف بافت خونی، شامل سلول‌های 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 سلول‌هایی گفته می‌شود که فقط توانایی تولید یک سلول متمایز را دارند. مانند لنفوسیت‌های B که تنها قابلیت تولید پلاسموسیت‌ها را دارند.

یاخته‌های بنیادی جنینی

یاخته‌های بنیادی جنینی (به انگلیسی embryonic stem cells)، سلول‌های بنیادی پرتوانی هستند که از تودهٔ سلولی درونی جنین در مرحلهٔ بلاستوسیت به دست می‌آیند. این سلول‌ها می‌توانند به تمام رده‌های سلولی 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 استفاده از 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. بعد 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.

اخیراً راه حل‌هایی جهت کاهش مدت زمان تولید یاخته‌های بنیادی ارائه شده‌است.

یاخته‌های بنیادی بزرگسال

یاخته‌های بنیادی بزرگسال (به انگلیسی Adult Stem Cells) یا سلول‌های بنیادی سوماتیک (به انگلیسی Somatic Stem Cells) سلول‌های بنیادی‌ای هستند که پس از مراحل رشد جنین و در سرتاسر طول عمر در بافت‌های مختلف بدن حضور دارند و با تقسیم و تمایز سلول‌های مرده را جایگزین و بافت‌های آسیب‌دیده را ترمیم می‌کنند. اغلب سلول‌های 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 سلول دختر حاصل از تقسیم هر یک از سلول‌های بنیادی، همانند سلول 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 سلول B فعال شده‌است.

مکانیزمی که تعیین می‌کند کدام سلول 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 سلول دختر حاصل از تقسیم، سلولی که با سلول استخوانی (استئوبلاست) ارتباط دارد؛ تمایز نیافته باقی می‌ماند. در بعضی سلول‌ها این مکانیزم درونگراست. در این نوع یاخته‌های بنیادی هنگامی که دو سلول دختر هنوز کاملاً جدا نشده‌اند؛ پروتئین‌هایی به یکی از آن‌ها منتقل می‌شوند و سرنوشتِ سلول را به سوی تمایز می‌برند.

تولید سلول‌های بنیادی از سلول‌های تمایز یافته

پژوهش‌هایی که دربارهٔ ویژگی‌های اساسی سلول‌های بنیادی انجام شد؛ امکان ایجاد تئوری‌هایی دربارهٔ نحوه ساخت سلول‌های بنیادی از سلول‌های 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 سلول بالغ روده را در یک سلول 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 سلول‌های 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 سلول‌های بالغ دست نخورده را به سلول‌های نابالغ بنیادی تبدیل کند. تلاش‌های این دو فرد جایزه نوبل فیزیولوژی/پزشکی سال ۲۰۱۲ را به خود اختصاص داد.

افق‌های درمانی

در بیماریی‌هایی که در آن سلول‌ها دچار خزان یاخته‌ای غیرعادی شده یا به مرور زمان دچار نقص در کارکرد می‌شوند یا با حمله سیستم ایمنی از بین می‌روند؛ استفاده از سلول‌های 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 سلول‌ها 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 نوع یک: سلول‌های β در جزایر لانگرهانس پانکراس مورد حمله سیستم ایمنی قرار گرفته و از بین می‌روند. در نتیجه توانایی بدن در تولید انسولین از بین رفته و درصورت عدم تزریق خارجی، بیمار زنده نخواهد ماند. با بازسازی و جایگزینی این سلول‌ها مشکلات بیماران دیابتی حل خواهد شد.
• آلزایمر: در نتیجه تجمع پروتئین tau (مرتبط با ریزلوله‌های اسکلت سلولی) در داخل سلول‌های عصبی و تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید در خارج سلول‌ها، 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 سلول‌های درگیر دچار خزان یاخته‌ای می‌شوند. با جایگزین شدن سلول‌های 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: در حال حاضر 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 استفاده از سلول‌های 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 استفاده از سلول‌های بنیادی در مرحله آزمایشگاهی در حال انجام است که نتیجه حاصل از آن می‌تواند جایگزین مواد مصنوعی شود.

منابع

• Lippincott’s Illustrated Reviews: Cell and Molecular Biology (2010). ISBN 978-0-7817-9210-3.