خصوصيات سلولهاي بنيادي مغز استخوان
۱٫نسبت به داروها و سمها مقاوم هستند اين بدين علت ميباشد كه اين سلولها و بخصوص سلولهاي بنيادي خونساز مغز استخوان داراي چندين نوع transporter  ATP binding cassete   ميباشند كه يك پمپي در غشا اين سلولها ميباشد كه با مصرف انرژي داروها و سموم وارد شده به سلول را به بيرون ميراند.
۲٫اين سلولها نسبت به آپوپتوز خيلي مقاوم هستند
۳٫سيستم ترميم DNA در انها فعال ميباشد

مغز استخوان داراي ۴ نوع سلول بنيادي ميباشد كه به شرح هر يك ميپردازيم
۱٫ Stromal or mesenchymal stem cell
2. Multiple adult progenitor cell
3. Hematopoetic stem cell
4.Side Population Stem cell(SP stem cell)
Hematopoetic stem cell:1

دو نوع سلول بنيادي خونساز در مغز استخوان وجود دارد
۱٫ Long term hematopoetic stem cell
در تمام مدت زندگي جاندار تكثير ميابد
۲٫ Short term hematopoetic stem

اين نوع از سلول بنيادي به سلولها و پيشسازهاي لنفوييد و ميلوييد تمايز ميابد Long-term HSCs  داراي مقدار بالايي از فعاليت تلومرازي ميباشد.سلولهاي بنيادي خونساز داراي ماركرهاي  c-kit, CD34,  sca1 در سطح خود ميباشند اين سلولها ماركر marker( Lin) را دارا نميباشند يا انرا به مقدار كمي بيان ميكنند((Lin–/low براي مقاصد پزشكي و پيوند اين سلولها سلولهاي با مشخصات زير بيشترين شانس را براي پيوند دارند CD34+ Thy1+ Lin–  .روش ديگر براي خالص سازي اين سلولها رنگ اميزي با رنگهاي فلوروسنت بر پايه خاصيت efflux اين سلولها با رنگهاي Rhodamin 123  Hochest 33342  ميباشد .در تركيب اين دو نوع رنگ اميزي سلولهاييكه با ايندو رنگ نميگيرند يا كم رنگ ميگيرند Hoechest low Rho low غني از سلولهاي بنيادي خونساز ميباشند.
Bone marrow mesenchymal stem cell or stromal celL

 سلولهاي بنيادي  استرومال مغز استخوان يا سلولهاي بنيادي مزانشيمال
هنگاميكه مغز استخوان كشت داده شود سلولهاي بنيادي  استرومال مغز استخوان به كف فلاسك چسبيده و سلولهاي بنيادي خونساز شناور ميمانند.سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان ماركرهاي زيادي براي شناخته شدن دارند.كه مهمترين انها به شرح زير ميباشد

cytokines (interleukin-1, 3, 4, 6, and 7) receptors for proteins in the extracellular matrix, (ICAM-1 and 2, VCAM-1, the alpha-1, 2, and 3 integrins, and the beta-1, 2, 3 and 4 integrins
در مورد اين سلولهاي بنيادي بيشتر باهم صحبت خواهيم كرد.من اين سلولها را پادشاه سلولهاي بنيادي ميدانم.تفاوت ديگر سلولهاي بنيادي خونساز و مغز استخوان نبودن دو ماركر CD45,CD14 در سطح سلولهاي بنيادي استرومال ميباشد.
Multiple adult progenirto cell

اين سلولهاي بنيادي نوعي از سلولهاي استرومال ميباشند پلاستسسيتي بيشتري نسبت به  سلول بنيادي استرومال دارند.اصولا اگر ما سلولهاي استرومال مغز استخوان را در دانسيته سلولي پايين در فلاسك كشت دهيم اين سلولها به سمت مالتيپل ادولت ميروند.اين سلولها هستند كه قدرت تمايز به سلولهاي مشتق شده از هز ۳ نوع لايه زاياي جنيني را دارا ميباشند.اين سلولها داراي ماركرهاي زير هستند
CD 34 neg and CD 35 neg CD 133 + VEGFR-2+ CD 44 low CD 117 neg VE cadherin HLA-1 HLA-DR
SP stem cell

استفاده از فلوسيتومتري با طول موج مضاعف بر پايه رنگ اميزي هوخست ۳۳۳۴۲ نوع ديگري از سلولهاي بنيادي را در مغز استخوان به نام side population  يا SP مشخص ميكند.اين سلولها داراي ماركرهاي زير هستند
    CD 45 + c-kit + SCA-1+
ماركرهاي سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان انسان
با استفاده از FACS
ماركرهاي زير در انها منفي ميباشد.
 CD4, CD8, CD11b, CD13,
CD14, CD15, CD29, CD30, CD31, CD34, CD45, CD49e,
CD71, CD73, CD105, CD133 (AC133), CD146, CD166,
Oct-4, VEGF receptor-2 (KDR), HLA-DR, HLA-ABC,
and b2-microglobulin.

اما اين ماركرها در انها مثبت ميباشد ولي به مقدار كمي بيان ميشوند
Oct-4
CD105
CD117
Other adult stem cell endothelial progenitor cell in bone marrow

در طول  رشد جنين  درست بعد از گاسترولاسيون  يك نوع از سلول بنيادي كه ناميده ميشود  و از mesoderm مشتق ميشود وجود دارد كه احتمالا پيشساز سلولهاي خوني ويا اندوتليال ميباشد محققين يافتند كه در مغز استخوان سلولهايي وجود دارد كه شبيه hemangioblast  عمل ميكنند و انها را endothelial stem cells نام گذاردند ماركرهاي اين نوع از سلولها CD34+ (a marker for HSCs و بيان
transcription factor GATA-2 ميباشند

چرا  سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان توسط سيستم ايمني پس زده نميشود.
تاكنون در باره سلولهاي بنيادي مغز استخوان زياد صحبت كرديم و قبلا نيز ذكر كرديم كه اين سلولهاي بنيادي توسط سيستم ايمني حتي در پيوندهاي آلوگراف پس زده نميشوند.بنابراين از كانديداهاي خوب براي ترانسپلنت وسلول درماني ميباشند.من نيز اين سلولهاي بنيادي را پادشاه سلولهاي بنيادي خوانده بودم البته نوعي از سلولهاي بنيادي به نام MAPC لايق اين نام ميباشند.

 

اخيرا گرايش به سلولهاي بنيادي بالغين باعث توجه زياد محققين به اين نوع از سلولهاي بنيادي شده است.دو مكانيسم در رد پيوند سلولهاي بنيادي وجود دارد.مكانيزم مستقيم و مكانيزم غير مستقيم مكانيزم مستقيم  شامل شناسايي سلولها به وسيله CD8+ or CD4+ T سلولهاي ميزبان از طريق MHC  كلاس ۱  و MHC كلاس ۲ مولكول روي سلولهاي بنيادي ميباشد.

 

مكانيسم غير مستقيم شناسايي اين سلولها توسط APC يا سلولهاي آنتيژن پرزنتينگ سلولها(antigen presenting cell) و ارايه آن به لنفوسيتها ميباشد.سلولهاي توموري با آنكه مال خود مريض ميباشند سيستم ايمني را تحريك ميكنند ولي  مانند سلولهاي مزانشيمال قادرند اين سيستم را سركوب كنند. Koc et al, نشان دادن كه سلولهاي بنيادي مزانشيمال مغز استخوان وقتي به مريضهاي:
Hurler’s syndrome or metachromatic leukodystrophy
ترانسپلنت شد هيچ نوع واكنش ايمني ديده نشده است.آزمايشاتيكه براي اثبات رد نشدن سلولهاي بنيادي مغز استخوان وجود دارد شامل كشت همرمان اين سلولها با لنفوسيتها يا
 co-culture  mixed lymphocyte reactions (MLR) ميباشد.

اين آزمايشات نشان داد كه اين سلولهاي بنيادي باعث تحريك لنفوسيتها نشده اند پس داراي خاصيت سركوب سيستم ايمني ميباشند.شواهد نشان ميدهد كه اين سلولهاي بنيادي فاقد MHC كلاس ۲ ميباشند.

آزمايشات مختلف نشان داد كه سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان داراي MHC CLASS 1 و فاقد MHC CLASS 2 ميباشند.بيان MHC CLASS 1 اين مزايا را براي سلولهاي بنيادي استرومال دارا ميباشد كه توسط NK CELL ها شناسايي نميشوند زيرا NK CELL سلولهاي توموري كه فاقد MHC كلاس ۱ ميباشند شناسايي و ميكشد.HLA-G پروتيين شبيه MHC ميباشد كه كه در محافظت جنين از رد شدن توسط NK CELL نقش دارد.اين پروتيين به رسپتورهاي سطح سلولهاي خودي يعني رسپتورهاي KIR 1 و KIR2 موجود در سطح سلولها متصل شده  و از كشته شدن و شناسايي اين سلولها توسط NK جلوگيري ميكند.غياب MHC CLASS2 در سطح سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان اين قدرت را به اين سلولها ميدهد تا از شناسايي توسط CD4+T CELL در امان باشند.علاوه بر اين اين سلولهاي بنيادي به نظر ميرسد كه رسپتورهاي :
CD40, CD40L, CD80 or CD86 كه براي شناسايي سلولها توسط
Effetctor T cell لازم ميباشد را دارا نميباشند.

ارتباط سلولهاي بنيادي مزانشيمال در عملكرد و بلوغDentritic cell
Dendritic cells (DC)  از كارامدترين سلولهاي APC ميباشند.اين سلولها به خوبي تمايز نيافتند تا پاسخ ايمني را برانگيزند.سلولهاي DC  نابالغ كه داراي آنتيژن در سطح خود ميباشند ميتوانند باعث از كار انداختن Tcell شوند. Zhang et al شواهدي ارائه داد كه سلولهاي بنيادي مزانشيمال در فرايند بلوغ DC نقش دارند.كشت همزمان سلولهاي بنيادي مغزاستخوان و DC اين نكته را نشان داد كه اين سلولها از بيان شدن CD1a, CD40, CD80, CD86, and HLA-DR توسط DC در طي فرآيند بلوغ جلوگيري ميكنند.پس اين سلولهاي بنيادي سلولهاي DC را در يك مرحله نا بالغ قرار ميدهند و APC را تبدبل به يك سلول ناكارامد در فرايند ايمونولوژيكي ميكند.

تاثير سلولهاي بنيادي مزانشيمال بر Tcell CD4+
شواهدي نشان ميدهد كه اين سلولهاي بنيادي مستقيما با Tcell واكنش داده و سيستم ايمني را سركوب ميكنند.شواهد نشان ميدهد كه اين سلولهاي بنيادي از ارتباط Tcell با APC جلوگيري ميكنند.در فرآيند تمايز Tcell اين نكته قابل گفتن است كه اين سلولها از ترشح IFN-ð توسط Th1 جلوگيري ميكنند.سلولهاي بنيادي مزانشيمال حتي در سيكل سلوليT cell تاثير ميگذارند بدبن صورت كه از بيان شدن cyclin D2 توسط اين سلولها جلوگيري كرده و باعث upregulation ژنcyclin dependent kinase inhibitor p27kip1 در لنفوسيتها ميشود.بنابراين از تكثير اين سلولها جلوگيري ميكند.

تاثير سلولهاي بنيادي مزانشيمال بر CD8+ Tcell   و NK cell
CD8+ آنتيژنها را با  آزاد كردن :
perforins, serine esterases, IFNand TNF
از بين ميبرند.كشت همزمان اين سلولها با سلولهاي بنيادي مزانشيمال هيچ فرايند ايمونولوژيكي را بر نميانگيزد.
سلولهاي بنيادي مزانشيمال فاكتورهايي را ترشح ميكنند كه باعث سركوب سيستم ايمني ميشود.

گزارشها حاكي از ترشح سيتوكينهاي:
interleukin (IL)-6, -7, -8, -11, -12, -14, -15, -27, leukaemia inhibitory factor, macrophage colony-stimulating factor, and stem cell factor
توسط سلولهاي بنيادي استرومال مغز استخوان ميباشد.همچنين اين سلولهاي بنيادي فاكتور HGF را ترشح ميكنند كه خاصيت سركوب سيستم ايمني را دارد.
IL-10 نقش عمده اي در تنظيم Tcell و يا سركوب آنها دارند.گزارشها حاكي از ترشح اين فاكتور توسط سلولهاي بنيادي مزانشيمال مغز استخوان دارد.
Hematopoietic stem cells and their niche

توليد سلولهاي بنيادي خونساز در تمام طول زندگي جاندار صورت ميگيرد.
اين عمل توسط سلولهاي بنيادي خونساز صورت ميگيرد.جمعيت كمي از سلولهاي بنيادي خونساز با توجه به ماركرهاي سطحيشان:
Kit receptor, Sca-1 and Thy-1 but negative for lineage-specific antigens

قابل جداسازي ميباشند.(۱٫۲)اين سلولهاي بنيادي خونساز در حضور سيتوكين اختصاصي به سلولهاي رده ميلوييد Bcell و Tcell تمايز ميابند(۳)در طول زندگي مغز استخوان در تكثير و تمايز اين سلولهاي بنيادي نقش مهمي را با ايجاد Microenvironmental niche مناسب يا همان ريز محيط براي اين سلولها دارد.در ماهي خونسازي به جاي مغز استخوان در كليه صورت ميكيرد.اينكه چرا خداوند مغز استخوان را براي خونسازي در موجودات خاكي انتخاب كرده است هنوز جاي سوال ميباشد.شايد اين مكان تنها جايي باشد كه سلولهاي مختلف ميتوانند با هم آميخته شوند.علاوه بر اين در مغز استخوان سينوزوييدهاي عروقي وجود دارند اين عروق ريز در تمايز و متحركسازي سلولهاي بنيادي نقش مهمي را ايفا ميكنند.مفهوم Stem cell niche براي اولين بار درسال ۱۹۷۰ براي سلولهاي بنيادي خونساز ارايه شد(۴)يك چنين تعريفي براي ساير سلولهاي بنيادي وجود دارد.(۵)در حال حاضر stem cell niche را در سه مبحث مورد بررسي قرار ميدهند:
۱٫osteoblastic zone (located near osteoblasts),
2. vascular zone (near the sinusoids)
3. cells of neighboring HSCs.
(1)      The osteoblastic niche

اكنون مشخص شده است كه استئوبلاستها يكي از عنصر اصلي نيچه در مغز استخوان براي سلولهاي بنيادي خونساز ميباشند.(۷٫۸)اين سلولهاي مشتق شده از مزودرم فاكتورهاي:
receptor activator of NF-kB ligand (RANKL) and macrophage-colony stimulating factor (M-CSF)
را توليد ميكنند.نشاندار كردن سلولهاي بنيادي خونساز با ماده نشاندار كننده   نشان داد كه اين سلولهاي بنيادي دايما درحال تقسيم ميباشند.(۷)

ولي بعضي از سلولهاي بنيادي خونساز تقسيم نشده ودر حالت خاموش باقي ميمانند بنابراين دونوع سلول بنيادي خونساز در مغز استخوان وجود دارد اين  سلولهاي بنيادي خونساز بدين علت خاموش ميباشند كه در نزديكي استئوبلاستها قرار دارند. مطالعات  zhang و همكارانش نشان داده است كه اين سلولهاي بنيادي تو سط N-cadherin به استئوبلاستها متصل ميباشند(۷)مطالعات نشان داده است افزايش استئوبلاستهايي  كه N-cadherin را بيان ميكنند باعث افزايش سلولهاي بنيادي خونساز ميشود.مطالعات نشان داده است افزايش
Parathyroid hormone-related protein (PTHrP)
كه باعث افزايش استئوبلاستها ميشود باعث افزايش سلولهاي بنيادي خونساز نيز ميشود.(۸)
(۲) The vascular niche

اين ميكرو انويرونمنت سلولهاي بنيادي به دو نوع تقسيم ميشود.بخش جنيني و بخش بزرگسالان.پيشتر ذكر شد كه  سلولهاي بنيادي خونساز و سلولهاي اندوتليال عروق خوني از منشا جنيني مشتركي ساخته شده اند.سلولهاي بنيادي خونساز و سلولهاي اندوتليال عروق خوني فاكتورهاي:
CD31, CD34, CD133 (promin-A), Flk1 [vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor] and Tie2را بيان ميكنند.

 

سلولهاي بنيادي خونساز خودشان به تنهايي Ang-1 را كه باعث القا آنژيوژنزيس ميشود بيان ميكنند.ان همچنين اثبات شده است كه سلولهاي آندوتليال در عروق هيپوكامپ كه در تعامل با سلولهاي بنيادي عصبي ميباشند فاكتور :
fibroblast growth factor (FGF)

كه يك فاكتور انژيوژنزيس ميباشد بيان ميكنند.اين تعامل بين سلولهاي بنيادي و سلولهاي آندوتليال بيشتر در دوران  جنيني ميباشد و ارتباط بين آنها هنوز در دوران بزرگسالي به اثبات نرسيده است.در دوران بزرگسالي سلولهاي:
BM-derived endothelial progenitor cells (EPCs)