سلول بنيادي چيست

سلولهاي بنيادي، سلولهايي اند که در بدن جنين، در نهايت به سلولهاي بافت و اندامهاي مختلف تبديل مي‌شوند. اين سلولها، برخلاف سلولهاي معمولي که با تقسيم شدن، سلولهاي مشابه خود را به وجود مي‌آورند، مي توانند به هريک از انواع سلول در بدن موجود زنده تبديل شوند و همين موضوع موجب پيدايش بافتها و اندامهاي مختلف جنين مي‌شود. سلولهاي بنيادي به ۲ نوع سلولهاي بنيادي جنيني و سلولهاي بنيادي بالغ تقسيم مي‌شوند.

نوع اول سلولهاي بنيادي از جنين به دست مي آيند. يک جنين ۳ تا ۵ روزه بلاستوسيست ناميده مي‌شود و حاوي سلولهاي بنيادي است که بشدت در حال تکثيرند تا اندامها و بافتهاي مختلف جنين را به وجود آورند. نوع دوم سلولهاي بنيادي در بدن انسان بالغ وجود دارند. اين سلولها در بافتها و اندام هايي نظير قلب، مغز، مغز استخوان و ريه‌ها وجود دارند و مخصوص ترميم‌اند. سلولهاي بنيادي بالغ هم اين قابليت را دارند که در شرايط مناسب به سلولهاي مختلف متمايز شوند.
سلول هاي مغز استخوان

در گذشته تصور دانشمندان بر اين بود که سلولهاي بنيادي هر بافت فقط به خودش متمايز مي‌شود، در حالي که ثابت شده است سلولهاي بنيادي مغز استخوان که به طور طبيعي سلولهاي خوني را مي‌سازند، در شرايط مناسب قابليت تبديل به هر بافتي را دارند. به دست آوردن اين سلولها کار چندان پيچيده اي نيست و نياز به جراحي خاصي ندارد و مي توان آن را با سرنگ از استخوان ران بيرون کشيد.

يک ويژگي مهم سلولهاي بنيادي مغز استخوان نسبت به نوع جنيني اين است که از خود فرد گرفته مي شوند؛ بنابراين، پس از پيوند اصطلاحا پس زده نمي‌شوند چون کاملا با بافتهاي سالم بدن بيمار هماهنگي دارند. علاوه بر اين سلولهاي بنيادي جنيني ممکن است بعد از پيوند توموري شوند و مشکلات تازه اي را براي بيمار به وجود آورند در حالي که تا به حال گزارشي از توموري شدن سلولهاي بنيادي مغز استخوان به دست نيامده است. مشکل ديگر استفاده از سلولهاي بنيادي جنيني، بحث اخلاقي آنهاست که همواره در جوامع بشري مطرح بوده است.

سلول های بنیادی جنینی
سلول های بنیادی جنینی :
کدام مرحله از زندگی رویانی برای تولید Stem Cell(SC) مهم است؟

سلول های بنیادی جنینی همان طور که از اسمشان مشخص است از جنین گرفته می شوند.در واقع این سلول ها از جنین های گرفته می شوند که از طریق لقاح مصنوعی((IVF در آزمایشگاه و با اطلاع اهداکنندگان اسپرم و تخمک به دست آمده اند.هیچگاه این سلول ها در یک رویان که از بدن مادر گرفته شده استخراج نمی شوند.جنینی که از آن سلول های بنیادی گرفته می شود به طور طبیعی حدود سن چهار یا پنج روزگی را دارد و به شکل یک توده گرد است که آن را بلاستوسیست ((blastocyst می نامند.
در واقع blastocyst ساختار مخصوصی هست که از۳ بخش تشکیل شده است :

۱-trophoblayt که لایه سلول های احاطه کننده blastocyst هستند.
۲-blastocoel که در واقع یک حفره در داخل blastocyst است.
۳-inner cell mass : گروهی متشکل از تقریبا ۳۰ سلول که در یک انتهای blastocyst دیده می شود.
B.چگونه سلول های بنیادی در آزمایشگاه کشت داده می شوند؟

رشد سلول های بنیادی در محیط آزمایشگاه را اصطلاحا “کشت سلولی” یا “cell culture ” می نامند.در واقع جدا کردن سلول های بنیادی جنینی از طریق انتقال inner cell masis به یک ظرف کشت آزمایشگاهی پلاستیکی که شامل یک بستر تغذیه ای به نام “محیط کشت” یا “culture medium” می باشد انجام می گیرد.تقسیم و ازدیاد سلول ها بر روی سطح این ظرف انجام می گیرد. سطح داخلی این ظرف به صورت typical به وسیله سلول های پوست جنین موش پوشیده شده است. این سلول ها قادر به تقسیم شدن نیستند. به این لایه پوشاننده سلولی در اصطلاح feeder layer گفته می شود.دلیل استفاده از این سلول ها فراهم آوردن یک سطح طبیعی به منظور چسپیدن سلول های inner cell mass به آن و عدم جداشدنشان است. در واقع این عمل به منظور حمایت فیزیکی از سلول هایمان انجام می گیرد.

در ضمن سلول های این لایه مواد مغذی را به داخل محیط کشت رها می کنند.
اخیرا دانشمندان راه های جدیدی را به منظور کشت سلولهای بنیادی جنین بدون استفاده از feeder layer را فراهم کرده اند.این روش به عنوان نقطه عطفی در فرایند کشت سلولی به حساب می آید.زیرا ریسک انتقال برخی مواد مضر و اسیب رسان از سلول های موشی به سلول های انسانی را به حداقل می رساند.(این مواد مضر شاملMacromulecules مثل Viruses می باشد)

پس از چند روز سلول های کشت داده شده شروع به رشد و تقسیم شدن (proliferation) در این محیط می کنند.
هنگامی که این عمل انجام گرفت سلول های کشت داه شده که الان زیاد شده اند را از این محیط برداشته و به محیطهای تازه کشت منتقل می دهند.
پروسه کشت مجدد سلول ها بارها و بارها برای چندین مرتبه و به مدت چندین ماه تکرار می شود. این عمل را اصطلاحا subculturing می نامند. هر کدام از سیکل های subcultring را در اصطلاح پاساژ(passage)

می نامند. بعد از ۶ ماه یا بیشتر ۳۰ سلول اولیه که در غالب inner cell mass استفاده کردیم تبدیل به هزاران میلیون “سلول بنیادی جنینی” می شوند. سلول هایی را که در این دوره ۶ ماه و در این محیط کشت مخصوص تقسیم شده و در عین حال تماییز نیابند را چند ظرفیتی (pluripoten) می نامند. حال اگر این سلول ها از نظر ظاهر ژنتیک نیز طبیعی باشند آن ها را embryonic stem cel line می نامند.
یک cell line را می توانیم تثبیت کنیم (البته این عمل در مراحل قبل هم قابل انجام است) و آن ها را فریز کرده و به آزمایشگاه های دیگر به منظور کشت بیشتر و آزمایشات فراتر منتقل کنیم.

C .تست های آزمایشگاهی انجام شده به منظور تشخیص سلول های بنیادی جنینی کدامند؟
در مراحل مختلف کشت سلول، دانشمندان سلول ها را مورد آزمایش قرار می دهند و تا ببینند آیا سلول های مذکور توانایی ها و ویژگی های سلول بنیادی را دارند یا خیر.به این فرایند در اصطلاح characterization گفته می شود.

تا کنون دانشمندان بر روی این قضیه که کدام تست می تواند به عنوان تست استاندارد به منظور تشخیص و اندازه گیری خواص این سلول ها به کار رود توافق نکرده اند. هر چند بسیاری از این تست ها که مورد استفاده قرار می گیرند نمی توانند ویژگی های این سلول ها به طور کامل مورد بررسی قرار بدهند.به همین دلیل دانشمندان به منظور بررسی این سلول ها از چندین تست به طور هم زمان استفاده می کنند.

این تست ها شامل موارد ذیل است :
۱- رشد و subcultring سلول ها به مدت چند ماه : این تست ما را مطمئن می سازد که سلول ها قدرت و توانائی نوسازی خود برای مدت طولانی (long-term self-renewal) دارند.دانشمندان سلول های حاصل از این عمل را در زیر میکروسکوپ بررسی می کنند تا مطمئن شوند که سلول ها ظاهری ساده دارند و در ضمن تمایز هم پیدا نکرده اند (undifferentiated).

۲- استفاده از تکنیک های مخصوص جهت تعیین حضور مارکرهای سلولی خاص بر روی سطح این سلول ها که فقط در سلول های تمایز نیافته دیده می شوند.
۳- یک تست دیگر که مورد استفاده قرار می گیرد بررسی حضور پروتئین مخصوصی به نام oct-4است که فقط در سلول های غیر تمایز یافته (undifferentiated) دیده می شود.
این پروتئین در واقع یک فاکتور رو نویسی است که موجب تغییر حالت ژن بین دو حالت روشن و خاموش در زمان مناسب می شود. پدیده ای که به منظور تمایز سلول ها و هم جنین توسعه جنین یک امر ضروری است.

۴- بررسی کروموزوم ها زیر میکروسکوپ : روشی است که به ما کمک می کند تا ببینیم آیا کروموزوم ها، آسیب دیده اند یا خیر و هم چنین می توانیم از نظر سالم بودن تعداد آن ها نیز این عمل را انجام بدهیم. البته این آزمایش مشخص نمی کند که آیا در سلول های مذکور جهش اتفاق افتاده است یا خیر.
۵- تعیین اینکه آیا سلول های مذکور بعد از فریز شدن مجددا قادر به تقسیم و کشت دادن هستند یا خیر.

۶- به منظور تعیین قدرت سلول ها در تبدیل شدن به سلول های تخصصی ، می توان ۳ تست را روی آن ها انجام داد.
* : اجازه دادن به سلول که در میحط کشت به طور هم زمان تمایز نیز پیداکنند.
* : دستکاری سلول ها که این اجازه را به آن ها می دهد تا به سلول ها تخصصی تمایز پیدا کنند.
* :تزریق سلول های مذکور به موش به منظور بررسی توانائی تولید موتورهای خوش خیم به نام تراتوما (tratoma) [تومورهایی متشکل از سلول هایی تمایز یافته و یا تا حدودی تمایز یلفته است که مشخص کننده این توانائی در سلول های بنیادی جنینی است که اینها قادر به تبدیل شدن و تمایز به انواع متعددی از سلول ها می باشند]
D :چگونه سلول های بنیادی جنینی را به سمت تمایز تحریک می کنند؟

تا زمانی که سلول های ما در یک محیط کشت معین و تحت شرایط خاص کشت قرار داشته باشد قادربه تبدیل شدن به سلول های تخصصی نیستند. اما اگر این شرایط را تغییر بدهیم به گونه ای که سلول ها بتوانند در کنار هم قراربگیرند و تشکیل اجسام شبیه رویانی را بدهند سلول های مذکور شروع به تمایز می کنند.
این سلول ها می توانند به سلول های عضلانی ، سلول عصبی و بسیاری از انواع سلول های دیگر تبدیل شوند. اگرچه تمایز هم زمان به عنوان نشانه ای در اثبات سالم بودن محیط های کشت سلولی می باشد اما یک راه موثر برای تولید کشت هایی از انواع سلولی نمی باشد.

به منظور فائق آمدن به این مشکل دانشمندان زیادی توجه خود را بد سمت تمایز سلول ها به یک سلول تخصصی خاص معطوف کردند.برای رسیدن به این هدف آن ها اقدام به تغییر در ترکیبات شیمیائی محیط های کشت، تغییر سطح ظروف کشت و تغییرات ژنتیکی به وسیله وارد کردن یک ژن خاص در سلول ها کردند و در طی این سالها اصول خاص را به منظور تمایز سلول ها به انواع تخصصی را پایه گذاری کردند که تحت عنوان اصول تمایز مستقیم (DD) شناخته می شوند.
برای دیدن عکس در اندازه بزرگتر اینجا کلیک کنید.

 

اگر دانشمندان بتوانند روش قابل اطمینانی را به منظور DD پیدا کنند امیدهای تازه ای را برای درمان برخی بیماریهای خاص در انسان با کمک سلول های بنیادی را به وجود می آورند.
بیماریهای که پتانسیل های درمان با این سلول هارا دارند شامل پارکینسون ، دیابت ، آسیب های نخاعی ، تخریب سلول های پورگینژ، دیستروفی عضلانی دوشن ، بیماریهای قلبی و بیماریهای مربوط به ناتوانی یا کم توانی در قدرت دیدن یا شنیدن و بسیاری دیگر از بیماری ها می باشند.

سلول بنیادی چیست؟
تاریخچه

در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی دانشمندان نحوه قرار گرفتن سلولهای بنیادی جنینی از موش و کشت آنها را در آزمایشگاه فرا گرفتند و در سال ۱۹۹۸ برای اولین بار در سلولهای بنیادی جنینی انسان را در آزمایشگاه تولید کردند. اما این سوال پیش می‌آید که پژوهشگران جنین انسان را از کجا بدست می‌آورند؟ جنین را می‌توان با تولید مثل ، تلفیق اسپرم و تخمک یا شبیه سازی تولید کرد.

تلفیق گامتها در شرایط آزمایشگاه

پژوهشگران تمایل زیادی به تولید جنین از طریق تلفیق اسپرم و تخمک ندارند. با این وجود بسیاری از آنها جنینهای بارور شده در کلینیکهای بارورسازی استفاده می‌کنند. گاهی اوقات زوجهایی که نمی‌توانند بطور طبیعی بچه‌دار شوند و می‌خواهند به شیوه مصنوعی صاحب فرزند شوند چندین جنین بارور شده تولید می‌کنند که همگی آنها مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. و جنینهای اضافی را برای انجام تحقیقات علمی اهدا کنند.

شبیه سازی درمانی

در این شیوه یک سلول از بیماری‌ که نیازمند درمان از طریق سلول بنیادی است با تخمک اهدا شده ادغام می‌شود. پس از آن هسته تخمک جدا شده و هسته سلول شخص بیمار جایگزین آن می‌گردد. سپس تخمک حاصل از طریق شیمیایی یا الکتریکی تحریک می‌گردد تا تقسیم سلولی انجام دهد. جنین حاصل مواد ژنتیکی بیمار را حمل خواهد کرد که می‌تواند پس زدن سلولهای بنیادی را پس از پیوند آنها به میزان زیادی کاهش دهد.

تکثیر سلولهای بنیادی در آزمایشگاه

جنین ۳ تا ۵ روزه را بلاستوسیست می‌نامند. یک بلاستوسیست توده ای مشکل از ۱۰۰ سلول و یا بیشتر است. سلولهای بنیادی سلولهای درونی بلاستوسیست هستند که در نهایت به هر سلول ، بافت و اندام درون بدن تبدیل می‌شوند. دانشمندان سلولهای بنیادی را از بلاستوسیست جدا کرده و آنها را درون ظرف پتری دیش در آزمایشگاه کشت می‌دهند. پس از آنکه سلولها چندین بار تکثیر شدند و میزان آنها از گنجایش ظرف کشت فراتر رفت آنها را از آن ظرف برداشته و درون چندین ظرف قرار می‌دهند. سلولهای بنیادی جنینی که چندین ماه بدون ایجاد تمایز پرورش یافته‌اند خط سلول بنیادی نامیده می‌شوند.

این خطوط سلولی را می‌توان منجمد کرده و بین آزمایشگاهها به اشتراک گذاشت. کار با سلولهای بنیادی بالغ برای دانشمندان سخت‌تر است. زیرا استخراج و کشت آنها نسبت به سلولهای بنیادی جنینی دشوارتر است. یافتن سلولهای بنیادی در بافت بالغ به تنها مشکل است بلکه دانشمندان هم برای کنترل آنها در آزمایشگاه با مشکل رو به رو هستند. اما حتی کنترل سلولهای بنیادی جنینی هم که به خوبی در آزمایشگاه پرورش می‌یابند آسان نیست دانشمندان همچنان در تلاشند تا این سلولها را به رشد در انواع خاصی از بافت وادارند.

موانع بر سر راه استفاده از سلول بنیادی

یکی از این موانع مشکل پس زدن است. اگر سلولهای بنیادی جنینی اهدا شده به یک بیمار تزریق شوند ممکن است سیستم ایمنی بدن بیمار این سلولها را مهاجمان خارجی تلقی کرده و به آنها حمله کند. اما استفاده از سلولهای بنیادی بالغ تا حدودی از این مشکل می‌کاهد. زیرا سیستم ایمنی بدن بیمار سلولهای بنیادی خود بیمار را پس نمی‌زند.

کاربرد سلولهای بنیادی در بازسازی سلولها

از سلولهای بنیادی می‌توان برای بازسازی سلولها یا بافتهایی استفاده کرد که بر اثر بیماری یا جراحت صدمه دیده‌اند. این نوع درمان به درمان سلولی معروف است. یکی از کاربردهای بالقوه این شیوه درمان ، تزریق سلولهای بنیادی جنینی در قلب برای بازسازی سلولهایی است که بر اثر حمله قلبی صدمه دیده‌اند. در یکی از تحقیقات ، پژوهشگران زمینه سکته قلبی چندین موش را فراهم کرده و پس از آن سلولهای بنیادی جنینی را درون قلب آسیب دیده موشها تزریق نمودند. در نهایت سلولهای بنیادی بافت ماهیچه آسیب دیده را بازسازی کردند و کارکرد قلب موشها را بهبود بخشیدند.

از سلولهای بنیادی می‌توان برای بازسازی سلولهای مغزی بیماران مبتلا به پارکینسون استفاده کرد. این بیماران فاقد سلولهایی هستند که ناقل عصبی موسوم به دوپامین را تولید می‌کنند. بدون وجود این پیک شیمیایی حرکت بیماران مبتلا به پارکینسون نامنظم و منقطع است. و این افراد از ارزشهای غیر قابل کنترل رنج می‌برند. در تحقیقات انجام شده روی موشها پژوهشگران سلولهای بنیادی جنینی را در مغز موشهای مبتلا به بیماری پارکینسون تزریق کردند و شاهد آن بودند که سلولهای بنیادی ، موشها را بهبود بخشیدند. دانشمندان امیدوارند که روزی بتوانند این موفقیت خود را در انسانهای مبتلا به پارکینسون هم تکرار کنند.

کاربرد سلولهای بنیادی در تولید اندام کامل

شاید دانشمندان بتوانند حتی یک اندام کامل را در آزمایشگاه پرورش داده و آن را جایگزین اندامی کنند که بر اثر بیماری آسیب دیده است. برای این کار باید نوعی چارچوب از جنس پلیمر زیست تجزیه پذیر را به شکل اندام مورد نظر بسازند و سپس آن را با سلولهای بنیادی جنینی یا بالغ بارور سازند. پس از آن عوامل رشد مخصوص آن اندام افزوده می‌شوند تا پرورش اندام را تحت کنترل و هدایت درآورند.

پس از آنکه چارچوب با بافت خاص آن اندام پوشیده شد آن را به بیمار پیوند می‌زنند. با بوجود آمدن بافت از سلولهای بنیادی چارچوب تجزیه شده و در نهایت یک گوش ، کبد یا هر اندام دیگر باقی خواهد ماند. از جمله بیماریهایی که احتمالا روزی یا درمان سلولی معالجه خواهند شد می‌توان به پارکینسون ، دیابت ، بیماری قلبی ، صدمه به نخاع ، سوختگی ، آلزایمر و ضعف بینایی اشاره کرد.

اختلاف نظر در مورد تحقیقات سلول بنیادی

تحقیقات سلول بنیادی یکی از بزرگترین موضوعاتی است که اجتماعات علمی و مذهبی را رو در رو قرار داده است و هسته این اختلاف یک سوال است حیات چه موقع آغاز می‌شود؟ برای بدست آوردن سلولهای بنیادی دانشمندان یا باید از جنینی استفاده کنند که بارور شده است و یا به روش شبیه سازی ، جنینی را از سلول بدن بیمار و تخمک اهدایی بسازند. در هر دو صورت برای جدا کردن سلولهای بنیادی یک جنین باید جنین از بین برود. و اگرچه این جنین تنها ۴ یا ۵ سلول را دربرمی‌گیرد. بعضی از رهبران مذهبی بر این باورند که این کار همانند گرفتن جان یک انسان است.
شبیه سازی انسان

مساله دیگر مورد اختلاف شبیه سازی انسان است. اگر دانشمندان بتوانند جنینی را در آزمایشگاه خلق کنند آیا نمی‌توانند آن جنین را درون رحم یک مادر دیگر پیوند زده و زمینه رشد یک نوزاد را فراهم کنند؟! ایده شبیه سازی انسان افکار هولناک و مخوف پرورش ابر انسانها با ضریب هوشی بسیار بالا و قابلیتهای فیزیکی مانند قهرمانان خیالی سوپر من و بت من و یا خلق کودکانی که صرفا برای استفاده از اندام پرورش می‌یابند را تداعی می‌کند.
هنگامی که گروهی از محققان اسکاتلندی در سال ۱۹۹۷ اعلان کردند که توانسته‌اند با موفقیت گوسفندی را به نام دالی شبیه سازی کنند وحشت ناشی از شبیه سازی شدت گرفت. حتی با افزایش آگاهی و شناخت دانشمندان از سلولهای بنیادی و توانایی کنترل آنها بحثهای اخلاقی و سیاسی در این مورد داغ‌تر و وخیم‌تر می‌شود. بسیاری از دولتها محدودیتهای شدیدی را بر تحقیقات سلول بنیادی اعمال کرده‌اند و تامین بودجه این تحقیقات را با مشکلات زیادی مواجه نموده‌اند.
آینده بحث

مخالفت جامعه جهانی با پدیده شبیه سازی مولد انسان گسترده و عام‌الشمول است. اما به نظر می‌رسد بسیاری از کشورها با انجام تحقیقات پزشکی برای مقابله با بیماری‌هایی چون پارکینسون ، آلزایمر ،‌ بیماری‌های قلبی و سرطان ازطریق تولید جنینهای آزمایشگاهی و همچنین تحقیق و بررسی روی آنها به منظور ایجاد توسعه و پیشرفت در علوم پزشکی و مهندسی ژنتیک بدون آن که هدف این تحقیقات تولد صرف انسان شبیه سازی شده باشد، مخالفت چندانی نداشته باشند. با وجود این ، برخی کشورها از جمله واتیکان مخالفت صریح و موکد خود را در این مورد ابراز داشته و با عمل شبیه سازی انسان با هر هدف و مقصودی که باشد، مخالفند.

از جمله استدلالهای این گروه برای مخالفت با شبیه سازی این است که ما با این کار به تولید انسان‌هایی اقدام می‌کنیم که در نهایت آنها را از میان می‌بریم و از اینرو ، در جهتی حرکت خواهیم کرد که منجر به نقض قواعد اساسی حقوق بشر و کرامت انسانی خواهد شد. آیا اصولا ما حق داریم که با انسان زنده آزمایشهای علمی بکنیم . بعضیها می‌گویند که اینکار به بشریت خدمت خواهد کرد ممکن است این گفته درست باشد ولی آیا شما حاضرید خود حاصل چنین تولدی باشید و محکوم به تولد برای آزمایش و ابزار آزمایش دانشمندان باشید؟