پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

سلول های بنيادی ، سازندگان بدن (بخش دوم)

پيوند سلول های بنيادی به بيماران قلبی با استفاده از نانوتكنولوژی
اسـتـفـاده از سـلـول هـاي بـنيادي براي درمان بيماري هاي صعب العلاج، يكي از اميدهاي در حال تحقق بشر در حوزه علوم پزشكي است كه روزبـــه روز، افـــق هـــاي تــازه اي از آن نـمــايــان مي‌شود.

هدف از پيوند

هـدف از انـجـام ايـن عمل، تهيه و پيوند نوع خاصي از سلول هاي بنيادي بالغ به بيماران قلبي است. بيماراني كه در اين روش مورد مطالعه و آزمايش قرار گرفتند، دچار ايسكمي عضلات قلبي (از بين رفتن سلول هاي ميوكارد در نتيجه قـطـع جـريـان بـودند و انجام عمل پيوند عروق ميانبر كرونري يا باي پس براي آنان كارساز نبود.
در اين روش جديد كه نوعي درمان با استفاده از سلول هاي بنيادي است و نيازمند انجام عمل قلب باز است، ابتدا با استفاده از نور ليزر، بافت عـضـلانـي قـلـب بيمار در ناحيه دچار ايسكمي تـحـريـك مي شوند. سپس، سلول هاي بنيادي اخـذشـده از خـود فـرد بـه اطـراف نـاحـيـه دچـار آسـيــب تــزريــق مــي شــونــد تــا ضـمـن تمـايـز بـه سـلـول‌هـاي عضله قلب، منطقه آسيب ديده را ترميم‌كنند.

سلول های بنيادی مورد استفاده و شيوه عمل
مطالعات باليني براي بررسي كارايي روش يادشده در ترميم ضايعات عضله قلب، تاكنون بر روي هشت بيمار دچار ايسكمي عضله قلب انجام شده است. در اين روش كه در نوع خود شيوه جديدي از پيوند سلول هاي بنيادي به بيماران محسوب مي شود، از سلـول هـاي بنيـادي بـالـغ رده ACC‌133 + كـه از مغـز استخوان خود بيمار جداسازي مي‌شود، استفاده مي شود. در شيوه مذكور، كل مراحل نمونه گيري از مغز استخوان بيمار، جداسازي سلول هاي بنيادي ACC‌133 + و تزريق آن ها به ناحيه ايسكميك عضله قلب، در مدت زماني حدود 3 ساعت قابل انجام است.
لازم به ذكر است كه در اين روش، نمونه مغز استخوان، پس از بيهوشي بيمار در اتاق عمل و از استخوان هاي لگن تهيه مي شود. حجم نمونه مغز استخوان گرفته شده در اين مـرحلـه فـاكتـور مهمي است كه تعداد نهايي سلول هاي بنيادي ACC‌133 + را تعيين مي‌كند. گروه جراحي ما تاكنون بيشترين مقدار گزارش شده مغز استخوان (حدود 330 ميلي ليتر) در دنيا را از بيمار اخذ كرده است. پس از اين مرحله، سلول هاي بنيادي مورد نظر با استفاده از كيت خاصي از نمونه آسپيره مغز استخوان جداسازي مي شود و به روش ترانس اپي كارديال (از بيرون عضله قلبي) به نقاط متعدد اطراف ناحيه ايسكميك تزريق مي شود.

استفاده از ليزر به عنوان عامل تقويت كننده
استفاده از ليزر در اين عمل به علت توان آن در ايجاد واكنش التهابي موقت در بافت و افزايش خون رساني به ناحيه دچار آسيب است. در واقع قبل از تزريق سلول هاي بنيادي بـه نـاحيـه ايسكميـك، جهـت تحـريـك خـون رسـانـي بـه آن نـاحيـه و زنـده نگه داشتن سلول‌هاي بنيادي تزريق شده، از خاصيت التهاب زايي موقت ليزر به عنوان يك عامل كمكي در ترميم سريع تر ناحيه استفاده مي شود. در اين عمل، ابتدا به كمك ليزر حدود 15 تا 20 حفره در عضله قلب ايجاد شده و سپس سلول ها به اطراف ناحيه دچار ايسكمي تـزريـق مـي شـونـد. بنابراين، ليزر در اين عمل فقط به عنوان يك عامل تقويت كننده  (Booster) براي افزايش جريان خون استفاده مي شود.

مزايای اين روش پيوند

روش مـورد استفـاده در ايـن نـوع عمل پيوند، در مقايسه با شيوه هاي ديگر پيوند سلول‌هاي بنيادي به بيماران قلبي، از ويژگي ها و مزاياي زيادي برخوردار است كه مهم‌ترين آن ها به اين شرح است:
1) با توجه به اين كه كليه مراحل استخراج و پيوند سلول هاي بنيادي در مدت زمان حدود 3 سـاعت قابل انجام است، بنابراين مدت ماندن بـيـمـار در اتـاق عـمـل بـه طور قابل ملاحظه اي كوتاه‌تر است.
2) استفاده از كيت ويژه جداسازي سلول هاي بنيادي در يك سيستم بسته و استريل، عملا نياز بـــه آزمـــايــشــگـــاه هـــاي مــجــهــز و پـيـشــرفـتــه بــا اسـتــانــداردهــاي خـاص (GMP Lab) را مـرتـفـع مي‌كند. اين كار با بالابردن ضريب ايمني كار، احتمال انتقال آلودگي و عفونت به بيمار را منتفي مي سازد.
3) تمـام مـراحـل تهيـه نمـونـه مغـز استخـوان، جداسازي سلول ها و پيوند آن ها، در اتاق عمل و صرفا توسط خود جراح قلب صورت مي گيرد. بــنـــابـــرايـــن  بـــا اســتــفــاده از ايــن شـيــوه، نـيــازي به همكاري گروه ديگري از متخصصان مانند هماتولوژيست ها و غيره نيست.
با توجه به اين كه در اين روش علاوه بر تزريق سـلــول هــاي بـنـيــادي بــه اطــراف عـضـلـه دچـار عــارضـه، از خـاصيـت هـم افـزايـي نـور ليـزر نيـز اسـتـفــاده مــي شــود، در نـتـيـجـه الـتـهـاب مـوقـت ايجادشده ناشي از تابش نور ليزر، خون رساني به ناحيه ايسكميك و تزريق شده، افزايش مي يابد و با اين كار، احتمال موفقيت در پيوند سلول هاي بنيادي و زنده ماندن سلول هاي پيوندي افزايش مي يابد.

ترميم ضايعات استخوانی با استفاده از سلول های بنيادی
نتايج نشان مي دهد كه درمان شكستگي هاي اسـتخـوان و مشكـلات غضـروف بـا استفـاده از سـلـول هـاي بـنـيـادي مـغز استخوان امكان پذير است.
تحقيقات در زمينه كاربرد سلول هاي بنيادي مـغـز استخوان در درمان ضايعات ارتوپدي در مقياس كمي به صورت باليني و بر روي بيماران محدودي با موفقيت انجام شده است كه بنا بر توصيه هاي كميته اخلاق پزشكي در صورت ايمن بودن نتايج اين روش و اطمينان از بي خطر بــودن آن مــي تـوان بـه صـورت وسـيـع در تـمـام بيماران به كار گرفته شود.
در اين مرحله هدف، دادن آگاهي به بيماران مـبـتــلا بــه مـشـكــلات اسـتـخــوانـي اسـت كـه در صورت داشتن چنين مشكلي و داشتن تمايل مي توانند وارد كارآزمايي باليني اين تحقيق شوند.
بخش وسيعي از مردم چه به علت كهولت سن و چه به علت تصادفات رانندگي و ضربات ناشي از حوادث با مشكلات استخواني مواجه هستند. بخشي از ضايعات استخواني وسعت آن ها به اندازه اي است كه در حالت عادي قابل ترميم نيستند و درمان آن ها تنها از طريق جايگزيني بافت زنده و استفاده از سلول هاي بنيادي امكان پذير است. در زمنيه استفاده از سلول هاي بنيادي مغز استخوان و كاربرد آن ها در شكستگي ها در يك مقياس محدود كار باليني انجام شده است و براي اطمينان از بي خطر بودن اين روش لازم است تحقيقات بيشتري بر روي بيماران  متعدد انجام شود. هم اكنون استفاده از سلول هاي مغز استخوان و از جمله سلول هاي بنيادي مزانشيمي مغز استخوان و تاثير درماني آن ها در بهبود مشكلات ارتوپدي به صورت باليني در سطح جهاني در حال انجام است. 
بر اساس نتايج اين مطالعه باليني كه بر روي يك گروه شش نفره انجام شده، نتايج موفقيت آميزي حاصل شده است به اين صورت كه استفاده از سلول هاي مزانشيمي مغز استخوان ضمن درمان شكستگي هاي استخوان ، عوارضي نيز براي بيمار به دنبال ندارد. بر اين اساس بيماراني كه استخوان شكسته يا كيست استخواني دارند يا چاره‌اي جز تعويض مفصل براي آن ها باقي نمانده با استفاده از سلول هاي مغز استخوان درمان مي‌شوند. پژوهشگران سلول درماني با كشت سلول هاي ترميمي بيشتر و تزريق آن ها بــه بـيـمــاران مبتـلا بـه آرتـروز يـا شكستگـي استخـوان، مـوفـق بـه درمـان سـريـع‌تـر ايـن شكستگي‌ها شده اند.

ترميم بافت های استخوانی

در افرادي كه شكستگي وسيع استخوان دارند يا كساني كه مورد عمل جراحي مغزي قرار گرفته و كاسه سر آن ها برداشته شده و همچنين اشخاصي كه استخوان هاي آن ها به كندي جوش مي خورد، از سلول هاي بنيادي براي جوش خوردگي سريع و جلوگيري از عفونت هاي بعدي استفاده مي شود. در اين تكنيك، سلول هاي بنيادي مزانشيمي از فرد گرفته شده و در محيط آزمايشگاه به سلول هاي استئوپلاست (استخواني) تبديل مي‌شوند، سپس اين سلول ها در كنار بافت هاي آسيب ديده استقرار مي يابند تا باعث جوش خوردگي سريع اين بافت ها گردند. در اين مورد، سلول ها از خود شخص جدا مي شوند؛ بنابراين مشكل پس زدگي و عوارض جانبي را نيز در بر ندارد. تكنيك مذكور از مرحله آزمايشگاهي خارج شده و هم اكنون دركشورهاي پيشرفته دنيا از جمله آمريكا و ژاپن به طور عملي و كاربردي بر روي بيماران انجام مي شود.

بازسازی غضروف مفصل زانو با سلول های بنيادی 
بازسازي غضروف مفصل زانو با كاربرد سلول هاي بنيادي كه هدف نهايي ايجاد غضروف بالغ از سلول بنيادي بود انجام شد. در مرحله ي نخست عمق و اندازه ضايعه مشخص و در همان مرحله از خود بيمار، مايع مغز و استخوان استخراج شد و سلول هاي بنيادين مغز و استخوان جدا شد.
در ادامه پس از سه الي چهار هفته كه سلول هاي بنيادين مغز و استخوان به حد قابل قبولي رسيد، آن ضايعه غضروفي كه در عمل اول   محل و اندازه اش مشخص شده بود با اين پوشش كه از خود مريض گرفته شده بود پوشانده شد. 

درمان بيماری ها و ضايعات عصبی
پيشرفت هاي بشر در زمينه توليد، تكثير و تمايز سلول هاي بنيادي، اين اميد را به وجود آورده است كه بتوان از اين سلول ها در مداواي ضايعات عصبي مانند قطع نخاع و بـيـمـــاري هـــاي عـصـبـــي هـمـچـــون آلـــزايـمــر، پاركينسون، MS و غيره نيز بهره برد. در اين مورد نيـز پـس از تهيـه سلـول هـاي بنيادي از شخص موردنظر، آن ها را به سلول عصبي تبديل كرده و براي ترميم يا مداوا مورد استفاده قرار مي دهند. الـبـتـه بخـش اعظـم ايـن تكنـولـوژي، در مـرحلـه آزمايشگاهي است؛ اما با پيشرفت هاي خوبي هــمـــراه بـــوده اســـت. بـــه عــنـــوان مــثــال، اخـيــرا متخصصان با استفاده از سلول هاي مزانشيمي، مــوش قـطـع نـخـاع شـده اي را تـا حـدي بـهـبـود بخشيـدنـد كـه قـادر به حركت باشد ( البته نه با تعادل صددرصد.) اين موضوع در صورتي كه با مـوفقيـت نهـايـي تـوا‡م شـود، انقـلاب بزرگي در پزشكي به شمار مي رود.

ترميم سوختگی ها و ضايعات پوستی
جـراحت هاي پوستي ناشي از سوختگي يا صـدمـات ديـگـر، بـسياري از بيماران را به خود مبتلا نموده است. در روش معمول براي ترميم قسمت هاي صدمه ديده، از پوست بخش هاي سالم بدن استفاده مي شود كه مشكلاتي را براي بــيــمــار بــه وجــود مــي آورد. امــا بــا اسـتـفــاده از سلول‌هاي بنيادي مي توان سلول هاي پوستي را در مـحـيـط آزمـايـشـگـاه تـولـيـد كـرد و در تـرمـيم بافت‌هاي صدمه ديده از آن ها استفاده كرد. اين تـكـنـولـوژي در حـال حـاضـر، كـاربردي شده و تـوسط يكي از بيمارستان هاي انگلستان مورد استفاده قرار مي گيرد.

درمان نابينايی با سلول های بنيادی
نـابـيـنـايـي يـكـي از كـابوس‌هاي بزرگ انسان است؛ چرا كه در بسياري از موارد درماني براي آن وجود ندارد، اما انسان هم موجودي نيست كه به‌راحتي در مقابل سختي‌ها و بيماري‌ها كوتاه بيايد. دانشمندان انگليسي، توانسته‌اند به كمك سلول هاي بنيادي، حس بينايي را به موش‌هاي نابينا برگردانند. اين موفقيت گامي به سوي درمان بسياري از افراد نابينا محسوب مي‌شود، هرچند كه از درمان موش‌هاي كور تا درمان انسان هاي نابينا هنوز فاصله زيادي وجود دارد.
دانشمندان انگليسي موفق شده‌اند حيواناتي را كه چشم آن ها در اثر بيماري‌هاي مشـابـه آنچـه در انسـان ديـده مـي‌شـود آسيـب ديـده، معالجه كنند. آن ها با پيوند زدن سلول‌‌هاي بنيادي شبكيه به چشم اين حيوانات نابينا، موفق به اين كار شده‌اند.محققان معتقدند اگر از نتايج اين دستاورد بتوان براي معالجه بيماري‌هاي چشم انسان استفاده كـرد، ميليـون‌هـا نفـر كـه مبتـلا بـه انـواع مختلـف بيمـاري‌هاي شبكيه چشم هستند از مشكلات ناشي از سالمندي گرفته تا ديابت از آن بهره خواهند برد، چرا كه پيش از اين ترميم سلول‌هاي شبكيه چشم امكان نداشت.
شبكيه چشم، لايه‌اي از سلول هاي عصبي و حساس به نور مخروطي و استوانه اي است كه تصاوير را به پيام‌هاي عصبي تبديل مي‌كند و به دليل داشتن ماهيت عصبي، در صورت آسيب ديدگي ترميم نمي‌شود. اصولا ترميم سلول هاي عصبي به طور طبيعي در بدن انسان به ‌صورت بسيار محدودي انجام مي‌شود. مي‌توان ‌گفت سلول هاي عصبي يا همان نورون ‌ها  به طور تقريبي غير قابل ترميم تلقي مي‌شوند و از همين ‌رو است كه مثلا يك بيمار دچار ضايعه نخاعي را نمي‌توان به‌آساني درمان كرد.
به اين دلايل است كه گامي، هرچند كوچك، در ترميم سلول هاي عصبي، مي‌تواند موفقيت بزرگي تلقي شود. در مطالعه اخير، سلول هايي را كه از رشد بيشتري برخوردار بودند و از قبل براي تبديل شدن به دريافت كننده‌هاي نوري برنامه‌ريزي شده بودند را به چشم موش‌هاي نابينا پيوند زدند. تيم پزشكان، سلول هاي بنيادي مورد نياز در اين پيوند را از مــوش‌هـاي پنـج روزه، يعنـي زمـانـي كـه شبكيـه شكـل مـي‌گيـرد، بـرداشتنـد. ايـن سلول‌هاي سپس به چشم حيواناتي كه از لحاظ ژنتيكي طوري طراحي شده بودند كه مبتلا به بيماري چشمي شوند و به تدريج بينايي خود را از دست بدهند، پيوند زده شد كه پيوندي موفق آميز بود.
سلول هاي بنيادي به سلول هاي شبكيه تبديل شده و سلول هاي تازه شبكيه به ساير سلول هاي عصبي شبكيه پيوند خوردند و به اين ترتيب حس بينايي دوباره به موش‌هاي نابينا شده بازگشت.
آزمايش‌ها نشان داد كه مردمك چشم موش به نور واكنش نشان داد و عصب چشم فعال بود و ثابت مي‌‌كرد علائم به مغز ارسال مي‌شود. شايد شبكيه يكي از بهترين نقاط براي امتحان كردن پيوند سلولي باشد، زيرا نابودي دريافت كننده‌هاي نوري در ابتدا به بـاقي بخش‌هاي عصبي ميان چشم و مغز آسيب نمي‌رساند. تلاش‌هاي قبلي براي پيوند‌زدن سلول هاي بنيادي، به اين اميد كه به دريافت كننده‌هاي نوري تبديل شوند، شكست خورده بود، چرا كه سلول ها از رشد كافي برخوردار نبودند. با وجودي كه نتايج اين كار در موش‌ها خيلي خوب جواب داده ولي تكرار كاري مشابه آن در انسان كمي مشكل است و البته اين مشكل، بيشتر اخلاقي است،  زيرا براي اينكه بتوان از سلول هاي بنيادي انسان در مرحله‌اي كه در حال تبديل به سلول هاي شبكيه است، استفاده كرد، بايد سلول هاي بنيادي از جنين در سه ماه دوم بارداري برداشته شود.

ساخت دندان مصنوعی با سلول های بنيادی 
دانشمندان به روش جديدي براي ساخت دندان هاي مصنوعي منطبق با ويژگي‌هاي آناتومي دهان دست يافته‌اند. در اين روش ، سلول هاي بنيادي هر فرد درون چارچوبي كه دقيقا مشابه دندان فرد طراحي شده، رشد مي‌كند. از دست دادن دندان شايد چندان به چشم نيايد، اما درد بزرگي است. با اين كه امروزه،‌پيشرفت‌هاي مهم در زمينه ترميم و ايـمـپـلنـت دنـدان،‌مـي‌تـوانـد تـا حـد زيـادي، ‌ايـن فقدان را جبران كند، اما  گاهي فرايند درمان ماه‌ها طول مي‌كشد. بدتر اين كه گاهي در طي فرايند رشد و تحول استخوان هاي فك، دندان جديد تـنـاسـب خـود را بـا دهـان از دست مي‌دهد. اما مـحـقـقـيـن روش جديدي در ايمپلنت دندان را ارائـه داده‌انـد كـه بـا استفاده از آن،‌دندان جديد كاملا منطبق با فيزيولوژي دهان فرد خواهد بود و از فاكتور رشد هم براي انطباق با تحول دهان برخوردار خواهد بود.
يـك چـارچوب سه‌بعدي داراي عامل رشد ارائه شده است كه قابليت بازسازي يك دندان جـديـد با ويژگي‌هاي آناتومي كاملا صحيح را دارد. ايـن دنـدان تـنـهـا در عـرض 9 هفته بعد از جراحي ايمپلنت، ساخته مي‌شود. در حقيقت پـايـه ايـن روش اسـتـفـاده از سـلـول هاي بنيادي است. با استفاده از اين روش مي‌توان سلول هاي بنيادي فرد را  به طور مستقيم به سمت چارچوبي كـــه طـــراحـــي شـــده اســـت هـــدايــت كــرد. ايــن چارچوب هم از مواد طبيعي ساخته شده است. بـــه مــحـــض ايـــن كـــه ســلـــول هــاي بـنـيــادي در چارچوب جمع شوند، يك دندان جديد شروع بـه رشـد مـي‌كـنـد و  بـه ساير بافت‌هاي اطراف مـتـصـل مـي‌شـود.روش ابـداعـي نـه تـنـهـا نياز به بـــــازســـــازي دنـــــدان‌هـــــاي درون ظـــــرف‌هــــاي آزمايشگاهي را برطرف مي‌سازد، بلكه در نتيجه دنداني را به دست مي‌دهد كه از هر نظر كاملا منطبق با فيزيولوژي بدن افراد است. به علاوه اين اولين باري است كه از سلول هاي بنيادي فرد بـراي بـازسازي دندان هايش استفاده مي‌شود. هـمـچـنـين در اين روش، بر خلاف روش‌هاي مـعـمـول ايـمـپـلـنـت دنـدان، افراد در مدت زمان بسيار كوتاهي يك دندان جديد خواهند داشت. دنـدانـي كه از جنس سلول هاي بدن خودشان اسـت، بـا سـايـر بـافـت‌هـا اتـصـال خـوبـي برقرار مي‌كند و پا به پاي ساير بافت‌ها رشد مي‌كند و دست‌خوش تحول مي‌شود.

استفاده از سلول های بنيادی برای ترميم ضايعات كبدی

پيوند سلول هاي بنيادي علاوه بر بيماران قلبي در ساير بيماران نيز نتايج خوبي را نشان داده است. براي مثال، در حال حاضر اگر بيماري دچار سرطان كبد باشد، جراح مجبور است براي جلوگيري از انتشار سرطان (متاستاز)‌به بخش‌هاي ديگر بدن، بخش سرطاني كبد را نابود كند. براي اين منظور معمولا طي دو عمل جراحي هم‌زمان كه اصطلاحا هپاتكتومي جزئي و  PVE ناميده مي‌شوند، خون ناحيه سرطاني كبد را قطع مي‌كنند تا بافت سرطاني به تدريج نابود شود. در عين حال چون بخش باقيمانده كبد بايد بتواند وظايف كل كبد را به عهده گيرد، لازم است تا اين اعمال جراحي به نحوي انجام شود كه بخش سالم باقيمانده، فرصت تكثير را پيدا كند و در نهايت عملكرد كبد كامل را ايفا كند. براي اين منظور، حداقل 6 هفته زمان لازم است تا بخش باقيمانده و سالم كبد تكثير شود. اما نتايج تحقيقات نشان داده كه با سلول‌درماني و پيوند سلول هاي بنيادي بالغ رده ACC‌133+ به بخش سالم كبد، اين مدت زمان به 2 هفته كاهش مي‌يابد. با اين كار نه تنها كبد فرد بيمار در مدت زمان كمتري ترميم مي‌شود، بلكه با خارج كردن سريع‌تر بخش سرطاني از بدن، احتمال بروز متاستاز و  شيوع سرطان به بخش‌هاي ديگر بدن فرد نيز كاهش مي‌يابد. لازم  به توضيح است كه بر اساس تحقيقات انجام شـده، پيـوند سلول‌هاي  ACC‌133+ به  موش‌ ها  باعث افزايش رگ‌زايي در بافت توموري شده است.

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

 

 

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، Stem Cell ، آشنایی با Stem Cell ، کاربردهای Stem Cell ، سلول های بنیادی ، آشنایی با سلول های بنیادی ، کاربردهای سلول های بنیادی ، مهندسی بافت ، آشنایی با مهندسی بافت