پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

سلول های بنيادی ، سازندگان بدن (بخش اول)

آشنایی با مهندسی پزشکی,اخبار و تازه های مهندسی پزشکی,مقالات مهندسی پزشکی

سلول های بنيادی ، سازندگان بدن (بخش اول) سلول بنيادي، سازنده بدن انسان است. سلول‌هاي بنيادي درون جنين در نهايت به سلول ، بافت و اندام هاي مختلف بدن جنين تبديل مي‌شوند. برخلاف يك سلول معمو

سلول های بنيادی ، سازندگان بدن (بخش اول)


سلول بنيادي، سازنده بدن انسان است. سلول‌هاي بنيادي درون جنين در نهايت به سلول ، بافت و اندام هاي مختلف بدن جنين تبديل مي‌شوند. برخلاف يك سلول معمولي كه قادر است با تكثير شدن، چندين سلول از نوع خود را به وجود آورد سلول بنيادي همه منظوره و بسيار توانمند است و وقتي تقسيم شود، مي‌تواند به هر يك از انواع سلول ها در بدن تبديل شود. سلول هاي بنيادي از قابليت خود نوسازي هم برخوردارند. سلول هاي بنيادي خود بر دو نوع هستند. سلول هاي بنيادي جنيني و سلول هاي بنيادي بالغ.
سلول هاي بنيادي جنيني از جنين به دست مي‌آيند. يك جنين 3 تا 5 روزه حاوي سلول هاي بنيادي است كه به شدت در حال تكثير هستند تا اندام ها و بافت هاي مختلف جنين را بسازند. افراد بالغ نيز در قلب ، مغز ، مغز استخوان ، ريه‌ها و اندام هاي ديگر خود سلول هاي بنيادي دارند. اين سلول ها مجموعه‌هاي دروني مخصوص ترميم هستند و سلول هايي كه بر اثر بيماري ، مصدوميت و كهولت سن صدمه مي‌بينند دوباره توليد مي‌كنند.

سلول های بنیادی

تاريخچه سلول های بنيادی

نخستين باري كه دانشمندان به وجود سلول هاي بنيادي گمان بردند، در اوايل قرن20 و هنگامي بود كه نمو رويان هاي ابتدايي را مورد بررسي قرار مي دادند. نخستين تاييد وجود سلول هاي بنيادي، در اوايل دهه1960، حاصل آمد. جيمزتيل و ارنست مك كلوخ در بـنيـاد سـرطـان اونتـاريـو، در تـورنتـو كـانـادا، چگـونگـي تخـريـب سلـول هـاي خـون موش‌هاي آزمايشگاهي را به وسيله تابش، بررسي مي كردند. آنان دريافتند كه مي توانند با تزريق سلول هاي مغز استخوان موش هاي ديگر داراي ژنتيك مشابه ،به موش هاي مورد آزمايش، مقدار لازم سلول هاي خون اين موش ها را تامين كنند و مانع مرگ آن ها شوند.
تيل و مك كلوخ، كمتر از دو هفته پس از تزريق سلول هاي مغز استخوان،به موش هاي پذيرنده، مغز استخوان و طحال اين موش ها را آزمايش كردند. اين دو پژوهشگر چند مجموعه كلون (Clone) از سلول هاي خون پيدا كردند. آن ها انتظار داشتند كه در هر مجموعه فقط يك نوع سلول خون پيدا كنند. اما، مشاهده كردند،كه هر مجموعه كلون محتوي همه انواع سلول هاي خون است و همه آن ها فقط از يك سلول مغز استخوان پديد آمده اند. بنابراين، به گفته مك كلوخ براي نخستين بار ثابت مي شد كه چيزي از قبيل سلول بنيادي، وجود دارد.
تاريخچه پژوهش درباره سلول هاي بنيادي، نشان مي دهد كه شناسايي اين سلول ها كار ساده اي نيست. سلول هاي بنيادي، برخلاف سلول هاي عصبي، سلول هاي خون و ديگر سلول هاي بالغ، ظاهر مشخصي ندارند. بنابراين پژوهشگران،سلول هاي بنيادي را بر اساس توانايي هايي كه دارند توصيف مي كنند، نه از روي شكل و اندازه آن ها. پژوهشگران،سلول هايي را كه كشت (رشد) مي دهند، همواره آزمايش مي كنند تا ببينند آيا اين سلول ها، ويژگي هايي را كه بايد نشان دهند، مي دهند يا خير.

سلول هاي بنيادي روياني را كه از رويان ابتدايي جدا مي كنند و در محيط كشت آزمايشگاهي كشت مي دهند، ويژگي بسيار مهمي دارند: مي توانند در طي زمان طولاني همواره تقسيم و در نتيجه تجديد شوند. اين سلول ها در شرايط مناسب، پي در پي تقسيم مي شوند و سلول هاي روياني ديگري را توليد مي‌كنند.
در سال هاي اخير، دانشمندان پرشماري سلول هاي بنيادي را كانون پژوهش هاي خود ساخته اند. توجه كم نظير به سلول هاي بنيادي، سه علت اصلي دارد: ارزش آن ها براي پژوهش هاي پايه، دورنماي استفاده از آن ها براي درمان بيماري و آسيب ديدگي و امكان به كارگيري آن ها در توليد داروهاي جديد. دانشمندان بسياري عقيده دارند كه سلول هاي بنيادي به نياز موجود براي دارو و درمان هاي جديدي كه ممكن است رنج آدمي را كم كنند، پاسخ خواهند داد.
به‌طور كلي سلول ها ي بنيادي داراي دو خصوصيت عمده هستند:
1- قدرت تكثير نامحدود
2- خصوصيت پرتواني 
به ‌عبارت ديگر، اين سلول ها مي‌توانند در محيط آزمايشگاهي انواع مختلفي از سلول‌ها را به ‌وجود آورند. سلول هاي بنيادي را با توجه به منشا آن ها به دو دسته تقسيم مي‌كنند: 
سلول هايي بنيادي جنيني (Embryonic Stem Cells) كه در مراحل اوليه تشكيل جنين، از آن گرفته مي‌شود.
‌سلول هايي بنيادي بالغ (Adult Stem Cells) كه پس از تولد فرد و به ‌ويژه از مغز استخوان آن گرفته مي‌شود.

منشاء سلول های بنيادی بالغ
سلول هاي بنيادي بالغ همان‌طور كه از نام‌شان مشخص است، پس از تولد از فرد گرفته مي‌شوند. براي مثال اين سلول ها را مي‌توان از بافت مغز استخوان يك فرد سالم تهيه كرد. البته بر اساس يافته‌هاي اخير، برخي معتقدند كه هر بافتي داراي سلول هاي بنيـادي خـاص خود است. به‌طور مثال، مشخص شده كه قلب، مغز و ماهيچه‌هاي اسكلتي هر كدام داراي سلول هاي بنيادي خاص خود هستند و همه‌اين سلول ها در بدن يك فرد بالغ وجود دارند. به‌عنوان مثال، سلول هاي بنيادي قلبي بيشتر در ناحيه نوك قلب و سلول هاي بنيادي مغزي به طور عمده  در ديواره‌ي بطن مغز متمركز هستند. با اين حال دقيقا مشخص نيست كه منشاء اين سلول هايي بنيادي گوناگون، چه سلولي است و آيـا منشـاء همه اين‌ها همان سلول هاي مغز استخوان هستند كه هر يك به سمت اندام‌خاصي مهاجرت كرده و به سلول هاي بنيادي خاص آن تبديل مي‌شوند، يا منشاء ديگري براي آن‌ها وجود دارد.

منشاء سلول های بنيادی جنينی
بـــــن‌يـــــاخــتـــــه‌هـــــاي جــنــيــنـــــي در مـــــرحــلــــه بـلاستـوسيسـت از تـوده سلـولـي داخلـي گـرفته مي‌شوند. بلاستوسيست يكي از مراحل دوران جنيني است كه به لحاظ مرفولوژي، شبيه يك توپ توخالي است.سلول هاي محيط اين توپ تروفوبلاست هستند كه جفت را مي‌سازند. در داخل اين توپ هم تعدادي سلول جمع شده‌اند كه در مراحل بعدي، به جنين تبديل مي‌شوند. اگر اين توده سلول هاي داخلي را برداشته و در مــحــيـــــط آزمـــــايــشــگــــاهــــي كــشــــت بــــدهــنــــد، بن‌ياخته‌هاي جنيني ايجاد مي‌شوند. اما هنوز  به طــور دقـيــق  مـشخـص نيسـت كـه آيـا ايـن تـوده سلول‌هاي داخلي منشا ء بن‌ياخته‌هاي جنيني هستند، يا اين‌كه فرايند مذكور، حاصل شرايط محيطي بوده و توده سلول هايي داخلي در محيط آزمايشگاهي سلول هاي ديگري را مي‌سازند كه آن ها به بن‌ياخته‌جنيني بدل مي‌شوند.

روند كار سلول بنيادی جنينی 
سلول بنيادي جنيني در درون بدن به جستجو مـي‌پـردازد و نـواحـي آسيـب ديـده را مـي‌يابد و سپس سعي در ترميم و درمان آن قسمت مي كند و در عيـن حـال توليد مثل نيز مي كند كه خود سبـب تحـريـك مكانيزم ترميمي بدن مي شود. معـالجـاتي كه درآن مركز به روش سلول هاي بـنـيــادي انـجــام مــي‌گـيــرد، آنـتــي‌ژنيـك نبـوده و مي‌توانند بدون هرگونه تاثير متقابل ، پس زني ، عدم جواب به درمان دارويي يا هرگونه تاثيرسوء جانبي به هر بيماري ، اعمال شوند. هنگامي كه يك بيمار سلول تازه جنيني را دريافت مي‌كند، اولـين عمل اين سلول ها، تحريك سلول هاي موجود در سيستم ميزبان هستند و سبب تقويت آن ها مي‌شوند. سپس اين سلول ها ، جايگزين سلول هاي ايمني ميزبان مي‌شوند و در نتيجه با آن ها پيوند مي‌خورند. اين بدان معنا است كه آن ها به طور مستمر سلول هاي جنيني بيشتري را رشـد داده و بـاعث به وجود آمدن يك سيستم ايـمـنــي جــديــدتــر و قـوي‌تـر مـي‌شـونـد. درمـان سرطان با اين روش ، اين امكان را فراهم مي‌آورد كــه شـيـمــي درمــانــي و پــرتــو درمـانـي بـه مـدت طولاني‌تري ادامه يابد و در واقع تاثيرات جانبي آن ها را حذف مي كند.
نكته بسيار مهمي كه بايد مورد توجه قرار گيرد آن است كه در حال حاضر، تنها كاربرد بالقوه سلول هاي بنيادي، ساخت سلول هاي مختلف و تا حدي بافت است. به‌عبارت ديگر، در حال حاضر سلول هاي بنيادي (بالغ و جنيني) را صرفا مي‌توان براي ترميم بافت‌ها و اندام‌هاي آسيب‌ديده استفاده كرد. در يك جمله، مهم‌ترين كاربرد فعلي سلول هاي بنيادي، در سلو‌ل‌درماني است و اين تصور كه مي‌توان از سلول هاي بنيادي براي توليد اندام‌هايي مثل قلب، كبد، كليه و غيره استفاده كرد، لااقل در شرايط  كنوني اشتباه است.توليد اندام، شرايط بسيار پيچيده‌اي را طلب مي‌كند كه در حال حاضر بشر تكنـولوژي آن را در اختيار ندارد. زيرا براي اين منظور، اولا بايد سلول ها را كشت صعودي داد؛ ثانيا بايد به سلول هايي كه در عمق كشت سلولي قرار گرفته‌اند، غذارساني كرد. يعني بايد كشت سلولي و غذارساني به آن ها در يك مقياس سه‌بعدي صورت گيرد، كه در حال حاضر امكان آن وجود ندارد. البته شايد بتوان در سال‌هاي آتي به اين امر نيز دست پيدا كرد.
از كـاربـردهـاي بـالقـوه ايـن سلـول هـا در روش "سلـول‌درمـانـي" مـي‌تـوان بـه تـرميـم بـافـت‌هـاي آسـيـب ديـده بدن از جمله غضروف، كبد، ماهيچه و غيره اشاره كرد كه مي‌تواند دامنه كاربرد سلول هاي بنيادي را در آينده افزايش دهد.

كاربرد‌های مورد انتظار سلول های بنيادی در علوم پزشكی
هـر چـنـد اسـتـفـاده از سـلـول هـاي بـنيادي، در مراحل اوليه خود به سر مي‌برد، اما متخصصان معتقدند در آينده‌اي نه‌چندان دور، اين سلول ها كاربردهاي وسيعي در علم پزشكي خواهند داشت. با اين اعتقاد، هم‌اكنون در اقصي نقاط جهان تحقيقات وسيعي در خصوص استفاده از سلول هاي بنيادي براي تامين سلامت انسان در حال انجام است. در  ادامه به چند نمونه از كاربردهاي نزديك به حصول سلول هايي بنيادي اشاره مي‌شود:

تـرميـم بـافـت‌هـاي آسيـب‌ديـده قلـب، تـرميم بــافــت‌هــاي اسـتـخــوانــي، درمــان بـيـمـاري‌هـا و ضايعات عصبي، ترميم سوختگي‌ها و ضايعات پـوسـتـي، تـرمـيم لوزالمعده (پانكراس) و ترشح انسولين، آزمون تاثير داروهاي جديد، استفاده از سلول هاي بنيادي بالغ براي طب پيوند.
بـيـشتر سلول هاي تخصص يافته انسان اگر آسيب سختي ببينند يا بيمار شوند، نمي توانند با فـــرايــنـــدهـــاي طـبـيـعــي جــايـگــزيــن بـشــونــد. از سلول‌هاي بنيادي براي پديد آوردن سلول هاي تـخـصـص يـافـتـه سـالـم و كـارامـد مي توان بهره ‌گرفت و اين سلول ها را جايگزين سلول هاي آسيب ديده  بيمار كرد.
جـــايــگـــزيـــن كـــردن ســلـــول هـــاي بـيـمــار بــا سـلـول‌هـاي سـالم را سلول درماني مي نامند و مانند فرايند جايگزين كردن اندام است؛ البته، در ايــن جــا بـه جـاي انـدام تـنـهـا از سـلـول هـا بـهـره مي‌گيرند. برخي بيماري ها و آسيب ها را مي تـوان بـا جـايگـزين اندام سالمي درمان كرد، اما انـدوختـه انـدام هـا اهـدايـي بسيـار انـدك اسـت. ســلــول هــاي بـنـيــادي مــي تــوانـنــد ســرچـشـمــه جايگزيني و نوشدن  سلول هاي تخصص يافته بـاشـنـد. بـه تـازگـي، پـژوهـشگران بهره گيري از سـلـول هـاي بـنـيـادي جـنـيني و بالغ را به عنوان خاستگاه گونه هاي سلولي تخصص يافته، مانند سـلـول هـاي عـصـبـي، سـلـول هاي ماهيچه اي، سلول هاي خون و سلول‌هاي پوست، بررسي مـي‌كـنـنـد تـا آن هـا را براي درمان بيماري هاي گوناگون به كار برند.

سلول‌درمانی و مهندسی بافت

منابع اصلي سلول هاي بنيادي شامل  مغز استخوان، بند ناف و جفت است . امروزه استفاده از اين سلول ها جهت ترميم بافت هاي آسيب ديده انساني در حال گسترش است .
جالب اينكه سلول هاي بنيادي، چند پتانسيلي هستند يعني قابليت تبديل به بافت‌هاي مختلف را دارند اعم از بافت عصبي ، عضلاني ، پوششي و غيره  كه اين توانائي محور اصلي توجه به سلول هاي بنيادي است.
مزيت اصلي سلول هاي بنيادي بند ناف اين است كه بسيار اوليه بوده و توان تمايز بالايي دارند.همچنين سلول هاي مشتق از مغز استخوان (BMSCs) توان تمايز بالايي دارند.اغلب سلول هاي بدن انسان عملا قادر به تقسيم نيستند و بسياري از زمان تولد تا مرگ شخص،  بدون تقسيم شدن حضور دارند.
البته بعضي بافت هاي بدن نظير خون، پوست و لوله گوارش داراي چرخه بازسازي سريعي هستند و در هر روز ممكن است چندين سلول جديد بسازند. به عنوان مثال يك مرد متوسط با وزن 70 كيلوگرم در هر روز 1011*‌2 سلول خوني مي سازد. همچنين روزانه ميليون ها سلول پوستي و گوارشي ساخته مي شود. سلول هاي بنيادي سلول هايي هستند كه قادر به همانندسازي خود هستند و نيز مي توانند طي فرايند تمايز به يك يا انواعي از سلول هاي بالغ تبديل شوند.

امروزه محققان در حال بررسي و آزمايش امكان كاربرد سلول هاي بنيادي در درمان بيماري هاي مختلف هستند. از جمله بيماري هايي را كه اميدهاي زيادي به درمان آن ها مـي رود مـي تـوان بـه آلـزايـمر و پاركينسون، آسيب هاي نخاعي، ديابت‌ها‌ (از طريق جايگزين كردن سلول هاي پانكراتيك ترشح كننده انسولين)، بيماري هاي كرونري قلب (با جايگزيني سلول هاي ماهيچه اي قلب)، بيماري هاي كبدي مثل سيروز و غيره اشاره كرد.
سلول هاي بنيادي قادر به ايجاد هر نوع سلولي در بدن هستند. آن ها مي توانند تحت تـأثـيـر بـعـضـي شـرايـط فـيـزيـولـوژيـك يـا آزمـايـشـگـاهي به سلول هايي با عملكردهاي اخـتـصـاصـي مـانـنـد سـلول هاي عضلاني قلب يا سلول هاي توليدكننده انسولين در پانكراس وغيره تبديل شوند.
‌به طور كلي سلول هاي بنيادي به سه دسته تقسيم مي‌شوند:
  سلول هاي بنيادي بزرگسال 
  سلول هاي بنيادي جنيني 
  سلول هاي بنيادي بند ناف

سلول درمانی و مهندسی بافت

سلول های بنيادی بزرگسال
سلول هاي بنيادي بزرگسال مانند همه سلول هاي بنيادي ديگر دو ويژگي مشترك دارند؛ اول اينكه قادر به ساخت كپي هاي خود به مدت طولاني هستند و دوم اينكه مي‌توانند به سلول هاي بالغي با خصوصيات مورفولوژيك شناخته شده و با عمل‌كرد اختصاصي تبديل شوند.

ايـن سـلـول هـا قـادر نـيستند به همه نوع سلول تمايز پيدا كنند بلكه تنها قادرند به سلول‌هاي بالغ همان بافتي كه در آن هستند تبديل شوند (مثلا سلول هاي بنيادي مغز استخوان كه به سلول هاي خوني تبديل مي شوند.) سلول هاي بنيادي بزرگسال بسيار كم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها يك سلول از نوع سلول هاي بنيادي است. منشاء و چگونگي شكل گيري اين سلول ها به طور دقيق مـشـخـص نـيـسـت و فرضيات مختلفي براي آن مطرح شده است از جمله اينكه اين سلول‌ها در هنگام تمايز جدا از بقيه مانده و تمايز نيافته اند. امروزه سلول هاي بنيادي از بافت هاي مختلفي از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غيره جدا شده‌اند.

سلول های بنيادی بند ناف

سلول هاي بنيادي سلول هاي بند ناف همان‌طور كه از نامشان بر مي آيد از خون بند ناف در هنگام وضع حمل جدا مي شوند و قابل نگهداري هستند تا در آينده در صورت لزوم براي همان بچه يا اعضاي خانواده وي يا براي شخص ديگري استفاده شوند.

استخراج، نگهداری و استفاده از سلول های بنيادی بند ناف
در حال حاضر، يكي از مطرح‌ترين ايده‌ها در زمينه سلول ها ي بنيادي، استفاده از قابليت‌هاي منحصر به فرد سلول هاي بنيادي بند ناف است. مزيت اصلي اين سلول‌ها آن است كه بسيار اوليه بوده و توان تمايز بالايي دارند. به ‌طوري‌كه بر اساس نتايج تحقيقات انجام شده، منشا تمام سلول هايي كه پس از مراقبت هاي آزمايشگاهي و پيوند به بدن توانسته‌اند به ‌طور كامل به سلول هاي عضلاني قلب تمايز يابند، از سلول‌هاي  ACC‌133+ بند ناف بوده است. البته بر اساس نتايج منتشر شده در برخي از مقالات، علاوه بر سلول هاي مذكور، سلول هاي مشتق از مغز استخوان ( BMCs ) شامل تمام انواع منونوكلئرها و سلول هاي ACC‌133+ مشتق از مغز استخوان هم قادرند به سلول هاي عضلاني قلب تبديل شوند. البته به نظر مي‌رسد نتايج اخير بـه بـررسـي‌هـا و تحقيقـات بيشتـري نيـاز داشتـه باشد.

مزيت ديگر اين سلول ها، نداشتن مشكل دفع پيوند سلول هاي بنيادي جنيني است. چراكه از خـود فـرد اخـذ مـي‌شـود و در سـال‌هـاي بعدي زندگي،