ساخت نورون از سلول‌های بنیادی انسان

سلول‌های بنیادی دریچه‌ی جدیدی را بر روی درمان بیماری‌های مغزی گشوده است.

نورون‌ها سلول‌هایی هستند که در مغز و نخاع وجود دارند و برای انتقال اطلاعات در قسمت‌های مختلف بدن تخصص عمل پیدا کرده‌اند. نورون‌ها برای بسیاری از اعمال بدن همانند حرکت، تنفس، تفکر و احساس درد مهم هستند. اگر این سلول‌ها در یک حادثه‌ی تصادف یا هر نوع جراحت دیگری آسیب ببینند، بدن دیگر نمی‌تواند این اعمال مهم را به درستی انجام دهد و حتی ممکن است دچار معلولیت شود.

پزشکان و دانشمندان می‌توانند برای کمک به بیمارانی که دچار آسیب مغزی و یا نخاعی شده‌اند، سلول‌های جدید را جایگزین نورون‌های آسیب دیده کنند. با جایگزینی سلول‌های جدید به جای نورون‌های آسیب دیده، این احتمال وجود دارد که بیماران برخی از توانایی‌های از دست رفته‌ی خود را بدست آوردند. مانند توانایی حرکت کردن.

دانشمندان بر این باورند که سلول‌های بنیادی، سلول‌های ایده‌آلی برای پیوند به افراد آسیب دیده هستند زیرا می‌توانند به انواع سلول‌هایی که آسیب دیده‌اند تبدیل شوند. محققان سلول‌های مناسب پیوند را، در آزمایشگاه توسط یک سوزن پزشکی از سلول‌های خونی و پوست به دست می‌آورند.

در حال حاضر سلول‌های بنیادی از بیماران مبتلا به بیماری مغزی مانند آلزایمر، برای انجام مطالعات آزمایشگاهی گرفته می‌شوند تا بتوانند درمان‌های جایگزینی سلول را توسعه دهند.

بیشتر بخوانید: دنیای کوچک میکروسکوپی _ سلول

معرفی

در این مقاله شما درباره‌ی اینکه نورون‌ها چه هستند اطلاعاتی فرا می‌گیرید و امیدواری دانشمندان و پزشکان برای استفاده از آن‌ها در کمک به ترمیم سیستم عصبی مرکزی را درک خواهید کرد. سیستم عصبی مرکزی از مغز و نخاع تشکیل شده است (شکل۱). نورون‌ها سلول‌های خاصی هستند که در ساختارهای این نواحی قرار دارند.

مغز و نخاع برای بسیاری از اعمال بدن همانند حرکت، تنفس، تفکر و احساس درد حیاتی هستند و در صورت آسیب سبب مشکلات متعددی خواهند شد. در این مقاله توضیح‌داده خواهد شد که نورون‌ها چگونه به ترمیم این آسیب‌ها کمک می‌کنند و همچنین نقش سلول‌های بنیادی برای کمک به بیماران مغزی (سیستم عصبی مرکزی) بیان خواهد شد. و در پایان بحث ساخت نورون از سلول‌های بنیادی مطرح می‌شود.

بیشتر بخوانید: ساختار نورون ها در سیستم عصبی انسان

نورون چیست؟

نورون‌ها سلول‌های ارتباطی سیستم عصبی هستند. هر نورون دارای یک جسم سلولی است که با ساخت پروتئین و تولید انرژی، سلول را زنده نگه می‌دارد. جسم سلولی (سوما) همچنین به عنوان مغز سلول عمل می‌کند زیرا تمام اطلاعات ورودی را پردازش می‌کند و وظیفه‌ی نورون را به آن می‌گوید.

از جسم سلولی، آکسون و دندریت منشعب می‌شوند که پیام را از سایر سلول‌ها دریافت و یا به آن‌ها ارسال می‌کنند. در انتهای آکسون‌ها، ساختارهای پایانه آکسونی قرار دارند که بخش ویژه‌ای در آن‌ها وجود دارد که از آن طریق، نورون پیام خود را به دندریت نورون‌های دیگر می‌فرستد و سبب ارتباط بین سلول‌های مختلف می‌شود که این ناحیه سیناپس (Synapse) نام دارد.

ارتباط نورون‌ها با یکدیگر از طریق ارسال پیام‌های الکتریکی و شیمیایی است که سبب ایجاد پتانسیل عمل می‌شود و این سیگنال در کل آکسون به صورت زنجیروار هدایت می‌شود. برای سرعت بخشیدن به هدایت این پیام‌ها غلافی از جنس چربی در برخی نورون‌ها وجود دارد که سبب هدایت سریعتر پیام می‌شود.

در داخل مغز، نورون‌ها به خواندن، نوشتن و ذخیره‌ی خاطرات کمک می‌کنند. نورون‌ها سازه‌هایی هستند که عملکرد کلی بدن را تعیین می‌کنند و به مغز اجازه‌ی انجام فرایندهای پیچیده را می‌دهند.

پیام‌های نورونی همچنین می‌توانند مسافتی طولانی از مغز تا نخاع را برای ارسال دستور به ماهیچه‌ها بپیمایند. و همچنین نورون‌هایی وجود دارند که اطلاعات و پیام‌ها را از پوست به مغز می‌فرستند.

بیشتر بخوانید: حافظه انسان، ظرفی پر نشدنی

چگونه نورون‌ها می‌توانند به درمان بیماری‌های سیستم عصبی کمک کنند؟

در بسیاری از بیماری‌های سیستم عصبی، نورون‌ها آسیب می‌بینند یا می‌میرند. دانشمندان این فرآیند را neuron degeneration می‌نامند که شایع‌ترین بیماری‌های این دسته آلزایمر و پارکینسون هستند. در آلزایمر این فرایند سبب فراموشی می‌شود و در پارکینسون نورون‌ها در بخش خاصی از مغز که مسئول حرکت هستند، از بین می‌روند و افراد مبتلا به این بیماری در حرکت و راه رفتن دچار مشکل می‌شوند.

اگر فردی دچار تصادف یا افتادن از ارتفاع شود نیز نورون‌ها می‌توانند آسیب ببیند. اگر سر بر اثر جسم خارجی آسیب ببیند به آن ترومای مغزی می‌گویند و اگر آسیب به نخاع باشد، به آن ترومای طناب نخایی می‌گویند. از دست دادن نورون‌ها زنجیره‌ی انتقال پیام‌ها به مغز و از مغز را که سبب عملکرد طبیعی می‌شود، مختل می‌کند.

یکی از راه‌های درمان این نوع از بیماری‌ها و آسیب‌های سیستم عصبی مرکزی، جایگزینی نورون‌های مرده یا آسیب دیده در طی فرایند پیوند سلول است. اگر نورون‌های جدید بتوانند با نورون‌های آسیب دیده جایگزین شوند، شاید بیماران بتوانند عملکردهای از دست‌رفته، همانند حافظه و حرکت را بازیابی کنند اما در هر صورت چالش‌های بسیاری پیش روی این مسیر قرار دارد.

اول آنکه بدست آوردن نورون‌ها از بدن برای درمان، کار ساده‌ای نیست. تعداد محدودی سلول بنیادی نورون در مغز و نخاع وجود دارد که دسترسی به این دو محل سخت است و نورون‌ها هم رشد ندارند. دوم نورون‌ها تنها سلول‌هایی نیستند که طی این فرایند تحت تاثیر قرار می‌گیرند. سلول‌های دیگری به نام نوروگلیا که نورون‌ها را احاطه کرده و سبب حفاظت و رساندن مواد غذایی به آن‌ها می‌شوند نیز در طی این بیماری‌ها آسیب می‌بینند.

سلول‌های بنیادی پرتوان چه هستند؟

برای غلبه بر چالش‌های پیش رو، دانشمندان نوع خاصی از سلول‌های بنیادی را مطالعه می‌کنند. ویژگی کلی سلول‌های بنیادی، خودنوزایی (خودنوزایی به این معنی است که سلول بنیادی قادر است خود را برای مدت طولانی باز تولید کند. این جمله بدان معنا است که این سلول‌ها توانایی تکثیر و تقسیم مداوم داشته و از این نظر محدودیتی ندارند.) و تمایز است. (خصوصیت دیگر تمایز است. داشتن این خصوصیت در سلول بنیادی آن را قادر می‌سازد که تحت شرایط ویژه، در بدن یا محیط آزمایشگاهی به سلول‌هایی تمایز یافته با عملکرد اختصاصی تبدیل شوند.)

اولین سلول‌های بنیادی که مورد مطالعه قرارگرفتند، سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) بودند. این سلول‌ها پرتوان هستند. یعنی می‌توانند به همه‌ی انواع سلول‌های بدن، از سلول‌های قلبی تا سلول‌های مغز تمایز یابند. اما این سلول‌ها همانطور که از نامشان مشخص است، منشا جنینی دارند. پس نمی‌توانند از بدن شما گرفته شوند و منشا آن‌ها محدود است.

اخیرا دانشمندان کشف کرده‌اند که نوع جدیدی از سلول‌های بنیادی را می‌توان از سلول‌های پیکری فرد ساخت. این سلول‌ها ویژگی‌های مشابه سلول‌های بنیادی جنینی را دارند. این عمل با اضافه کردن مولکول‌های اختصاصی که سیگنال‌های مشخصی به سلول می‌فرستند، انجام می‌شود.

این سلول‌ها، سلول‌های پرتوان القايی (iPSCs) نامیده می‌شوند. این سلول‌ها بسیار کاربردی هستند زیرا تمام عملکرد‌های سلول‌های بنیادی جنینی را دارند. اما فقط از سلول‌های خود فرد گرفته می‌شوند. این سلول‌ها به راحتی از سلول‌های پوست ساخته می‌شوند.

سلول‌های بنیادی عصبی چیست؟

سلول‌های بنیادی عصبی به طور طبیعی در مغز و نخاع یافت می‌شوند. این سلول‌ها می‌توانند به انواع سلول‌های دستگاه عصبی مرکزی، از قبیل نورون‌ها و نوروگلیا تمایز یابند(شکل۲). دانشمندان با اضافه‌کردن مولکول‌های خاص و فرستادن پیام‌های مشخص، موفق به ساخت سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs) شده‌اند.(شکل۳)

نتایج تحقیقات شگفت‌انگیز حاکی از کشف راهی جدید برای تولید سلول بنیادی عصبی از سلول‌های پیکری بدن، بدون گذر از مرحله‌ی iPSCs است. این عمل توسط ویرایش DNA یا افزودن ترکیبات شیمیایی انجام می‌شود که بسیار شگفت‌انگیز است، زیرا محدودیت تولید سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs) را کم می‌کند و تولید نوروگلیا و نورون را راحت‌تر کرده، که  سبب ترمیم سیستم عصبی مرکزی به صورت گسترده‌تر می‌شود.

بیشتر بخوانید: DNA دستوری برای زندگی

دانشمندان امروزه چگونه سلول‌های بنیادی القايی، سلول‌های بنیادی عصبی و نورون را می‌سازند؟

تمام سلول‌های بدن از تقسیم سلول تخم به وجود می‌آیند. سلول تخم تقسیم شده و سلول‌های حاصل نیز به تقسیم ادامه می‌دهند تا کل سلول‌های بدن را تشکیل دهند. سلول‌های بدن ترکیبی از سلول‌های بنیادی و سلول‌های تمایز یافته است.

در دستگاه عصبی مرکزی، سلول‌های بنیادی پرتوان ابتدا به سلول‌های بنیادی عصبی تبدیل شده، و سپس نورون‌ها و سلول‌های نوروگلیا ساخته می‌شوند. پروتئین‌های خاصی که احتمالا به جایگاه های خاصی در DNA متصل می‌شوند، این مسیر پیچیده را هدایت می‌کنند و عملکرد سایر پروتئین‌ها را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهند. تمام این تعاملات باعث تغییر در ماهیت سلول‌ها می‌شود. برای تولید انواع نورون‌های دستگاه عصبی مرکزی، این پروتئین‌ها باید در یک الگوی خاص و ترکیبی بیان شوند.

برای ساخت نورون‌ها در محیط آزمایشگاهی، باید تمام فرایندهای ساخت و زمانبندی آن در محیط بدن را مطالعه و سپس شبیه‌سازی کرد. برای انجام این کار دانشمندان سلول‌های پرتوان القایی (iPSCs) را از سلول‌های بیمار (غالبا پوست و خون) جدا کرده و با قراردادن پروتئین‌های مشابه و مولکول‌های شبیه به محیط بدن، در محیط آزمایشگاهی، ان‌ها را به سلول‌های بنیادی عصبی تبدیل می‌کنند که این سلول‌ها توانایی تقسیم و تکثیر شدن به تعداد زیادی را دارند. سپس این عمل دوباره برروی سلول‌های بنیادی عصبی تکرار می‌شود تا سلول‌های نوروگلیا و نورون‌ها را به وجود آورد.

در هر مرحله، تکنیک‌های مختلف برای شناسایی و تعیین ماهیت سلولی انجام می‌شوند تا از صحت انجام فرآیند تمایز مطمئن شوند. محصول نهایی سلول می‌تواند در آزمایشگاه برای بررسی آسیب‌های سیستم عصبی یا به عنوان بخشی از آزمایشات بالینی (آزمایش‌های دقیق تحت بررسی در داوطلبان بیمار) استفاده شود.

نورون‌ها چگونه از سلول‌های بنیادی ساخته می‌شوند؟

سلول‌های بنیادی همه توان، منابع بسیار کارآمدی هستند. زیرا می‌توانند از سلول‌های فرد بیمار گرفته شده و برای درمان خودش به کار گرفته شوند. (به این سلول‌ها autogenic iPSCs می‌گویند.) به علت جدید بودن این رشته از تحقیقات، آزمایشات بالینی در این حیطه در فاز برنامه‌ریزی برای مطالعات بیشتر قرار گرفته است. با این وجود این سلول‌ها در مطالعات آزمایشگاهی بسیار کاربردی‌اند. به عنوان مثال سلول‌های پرتوان القایی (iPSCs) و نورون‌های حاصل از سلول‌های بنیادی، برای شناخت بیماری‌های استحاله‌ای نورونی مانند آلزایمر، پارکینسون و یا تروما و افسردگی و مدل‌سازی بیماری‌ها استفاده می‌شوند که به کارگیری سلول‌های خود انسان در این روش به جای مدل‌های حیوانی، این روش را از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه نموده است. همچنین ساخت مدل سه بعدی از بیماری‌ها سبب کشف بهترین دارو و بهترین روش درمان برای آن می‌شود. نورون‌های ساخته شده از سلول‌های بنیادی همچنین می‌توانند در سلول درمانی روی حیوانات آزمایشگاهی مفید باشند.

دانشمندان با تزریق سلول‌های بنیادی عصبی مشتق شده از سلول‌های پرتوان القایی (iPSCs) به نخاع آسیب دیده‌ی موش، توانستند نخاع را ترمیم کنند. (شکل ۴) مطالعات روی مدل‌های حیوانی دانشمندان را قادر می‌سازد تا قبل از اینکه سلول‌های بنیادی در آزمایشات بالینی در انسان استفاده شوند، برخی از مشکلات مهم را حل کنند. همچنین این مدل‌ها به دانشمندان اجازه دادند تا درمان‌های مختلف را با سلول‌های بنیادی انجام دهند تا بهترین نتایج ممکن را به دست آورند و سپس وارد فاز کلینیکی شوند. برخی از چالش‌هایی که دانشمندان در حال کار روی آن‌ها هستند عبارتند از:

• بهبود بقای سلول‌های بنیادی بعد از پیوند
• کشف راه‌هایی برای برقراری ارتباط با سلول‌های پیوند زده شده با نورون‌های بیمار

احتمال استفاده از نورون‌های ساخته شده از سلول‌های بنیادی در آینده چقدر است؟

از زمان کشف تکنیک‌های جدید ساخت سلول‌های بنیادی عصبی و نورون‌ها، از سلول‌های بنیادی پرتوان القايی و سلول‌های بنیادی جنینی، استفاده از آن‌ها برای درمان بیماری‌های مغزی و نخاعی به بحث هیجان‌انگیزتری تبدیل شده است. طی یک تا دو دهه‌ی آینده ما انتظار داریم دانشمندان چگونگی ایجاد سلول‌های بنیادی عصبی و فرآیند آن را درک کنند و همچنین راه‌های جدیدی برای پیوند و ارتباط بهتر سلول‌های پیوندی و نورون‌های فرد پیدا کنند.

این تحولات به ما در درمان بیماری‌های پارکینسون، بیماری آلزایمر، ام اس (MS)، آسیب ترومای مغزی، سکته مغزی، آسیب نخاعی و بسیاری از بیماری‌هایی که انسان را تحت تاثیر قرار میدهد، کمک خواهد کرد.

با این حال، هدف از موفقیت درمان این بیماری‌ها، نمی‌تواند تنها توسط یک فرد به دست آید. پیدا کردن درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای همه این مشکلات متفاوت، کار گروهی از افراد در سراسر جهان، از جمله دانشمندان، پزشکان و دولت‌هایی است که پژوهش را تامین می‌کنند. همچنین داوطلبان شرکت در آزمایشات بالینی نیز کمک زیادی به رشد این حوزه خواهند نمود.

این تحقیقات همچنین می‌تواند به جوانان کمک کرده تا ایده‌های جدیدی را در این زمینه مطرح کنند و روند مطالعات درمانی را ادامه دهند.

واژه‌نامه:

• نورون (Neuron): مهمترین سلول ارتباطی سیستم عصبی مرکزی
• گلیا (Glia): نوعی از سلول‌های دستگاه عصبی مرکزی که نورون‌ها را احاطه کرده‌اند و نقش آن‌ها حفاظت و تغذیه‌ی نورون است.
• تمایز (Differentiate): تبدیل به سلول‌های دیگر
• خودنوزایی (self-renewal): خودنوزایی به این معنی است که سلول بنیادی قادر است خود را برای مدت طولانی بازتولید کند.
• سلول‌ بنیادی جنینی (embryonic stem cell):سلول‌های بنیادی هستند که از توده‌ی سلولی داخلی بلاستوسیستِ؛ یک مرحلهُ ابتدایی جنینی پیش از لانه‌گزینی، حاصل می‌شوند.
•  سلول بنیادی پرتوان (totipotent stem cell): این دسته از سلول‌ها قادرند بیشتر یا همه‌ی سلول‌های فرد را بسازند.
• سلول بنیادی همه‌توان (pluripotent stem cell): این نوع از سلول‌های بنیادی، توانایی تمایز به انواع سلول‌های بدن را دارا هستند.
• سلول پرتوان القایی (induced pluripotent stem cell): سلول‌های بنیادی که از طریق افزودن سیگنال‌های مولکولی خاص به سایر سلول‌ها بوجود آمده‌اند.
• سلول‌های بنیادی عصبی (Neural): سلول‌های بنیادی که توانایی خودنوزایی دارند اما فقط به سلول‌های سیستم عصبی مرکزی تمایز می‌یابند.
• In vitro: در آزمایشگاه در محیط کشت
• In vivo :در بدن

منبع: Making Neurons from Human Stem Cells

+119