تحولي نوين در بيو پزشکي

گزارشي از توليد سلول بنيادي با پروتئين ها

کد خبر: ۴۵۷۲۴

تاریخ: ۰۹ ارديبهشت ۱۳۸۸ - ۱۷:۲۱

پژوهشگران براي نخستين بار موفق شدند بدون وارد کردن ژن و صرفا با کمک پروتئين ها، "برنامه ريزي دوباره " سلول ها را محقق کرده و سلول هاي بنيادي پرتوان موسوم به "پروتئين- سلول هاي بنيادي پرتوان القائي" (پي.آي.پي.اس)
"Protein Induced Pluripotent Stem Cells" توليد کنند.

اين روش جديد مي تواند جايگزين استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني شود که به دليل نابودي جنين ها، از نظر اخلاقي بسيار مناقشه آميز هستند.

پژوهشگران موسسه تحقيقاتي اسکريپس کاليفرنيا به مديريت "شنگ دينگ" توانستند در يک روش نوين، تنها از طريق ترکيب چند پروتئين با سلول هاي پوست موش، باعث برنامه ريزي دوباره سلول ها شده و به سلول هاي بنيادي "پي.آي.پي.اس" دست يابند.

پژوهشگران مخلوطي از پروتئين ها را در لوله آزمايشگاه با سلول هاي پوست بسيار جوان و در مرحله جنيني موش ترکيب کرده و باعث تغيير عملکرد ژن هاي مختلف در ژنوم سلول هاي پوست شدند.

اين تغيير عملکرد ژن ها، اساس برنامه ريزي دوباره سلول هاي پوست است که سپس به سلول هاي همه کاره يا پرتوان (پلوري پوتنت) تبديل شده و توانايي هاي مختلفي کسب مي کنند.

پژوهشگران که نتايج تحقيقات خود را در نشريه تخصصي سلول بنيادي (سي.اس.سي.) منتشر کرده اند، براي وارد کردن پروتئين ها به سلول هاي موش از يک پروتئين اتصال کوتاه (پپتيد) استفاده کردند که به پروتئين ها متصل شده و انتقال از طريق غشاء سلول را ممکن مي کند.

از آنجا که پروتئين ها در پلاسماي سلول ها صرفا يک دوره حيات کوتاه دارند، کار با مخلوط پروتئين بايد طي چند روز تکرار شود و بعد از آن سلول هاي بنيادي مورد نظر توليد مي شوند.

پژوهشگران موسسه اسکريپس با ايجاد اين تحول در بيوپزشکي به اين موفقيت دست يافتند که بدون استفاده از فناوري ژنتيک، سلول هاي موش را به سلول هاي بنيادي تبديل کنند.

در حاليکه تمام گروههاي پژوهشي درجهان تاکنون چهار ژن خاص برنامه ريزي دوباره را مستقيما به سلول ها تزريق و وارد کرده اند اما دينگ و همکارانش از پروتئين هايي استفاده کردند که در آنها ژن ها معمولا در سلول شناسايي و تعريف مي شوند. از آنجا که اين پروتئين ها، مولکول هاي بزرگي هستند، پژوهشگران مجبور بودند با روش هاي خاص باعث جذب و پذيرش آنها در سلول ها شوند.

پژوهشگران براي اين کار، چندين مولکول اسيد امينه "آرژينين" را به عنوان نوعي "کارت ورود" به پروتئين ها متصل کردند و دنباله آرژينين به جذب و پذيرش مولکول هاي بزرگ در سلول ها کمک کرد. پژوهشگران، اين پروتئين ها را از باکتري ها توليد کرده بودند و دينگ و همکارانش براي آزمايشات خود از سلول هاي پوست جنين هاي موش استفاده کردند و آنها را چهار بار با مخلوطي از پروتئين هاي "او.سي.تي. 4"، "کا.آي.اف.4"، "اس.او.ايکس 2" و "سي- ام.ابسيلون.سي." در تماس قرار دادند.

پس از گذشت 35 روز فعل و انفعالات مربوط به "برنامه ريزي دوباره" سلول هاي موش پايان يافته و پژوهشگران به سلول هاي بنيادي موسوم به "پي.آي.پي.اس." دست يافتند. دينگ و همکارانش بر اين باورند که روش جديد آنها براي برنامه ريزي دوباره سلول ها، سريع تر، مطمئن تر و ساده تر است.

دانشمندان موسسه ماکس پلانک براي بيوپزشکي مولکولي شهر مونستر آلمان سلول هاي فيبروبلاست جنين موش را در اختيار همکاران خود در موسسه اسکريپس قرار دادند تا بتوانند کيفيت همه کاره بودن و پلوري پوتنتي سلول هايي را آزمايش کنند که در اين موسسه "برنامه ريزي دوباره" شده اند.

تيم پژوهشي "هانس شولر" از موسسه ماکس پلانک مونستر، در اين ميان خصوصيت پلوري پوتنت يا پرتواني سلول هاي"پي.آي.پي.اس" را ثابت کرده است.

روش نوين بيوشيميايي براي برنامه ريزي دوباره سلول هاي بدن، ساده تر و مطمئن تر از تمام روش هايي است که تاکنون در اين رابطه وجود داشته است. اين تحول علمي يک پيشرفت مهم ديگر در جهت توليد سلول هاي بنيادي بدون ريسک و خطر سرطان است که مي تواند در پزشکي آينده يک نقش با اهميتي ايفاء کند.

شولر مي گويد، چنين به نظر مي رسد که پژوهش سلول بنيادي در بخش توليد سلول هاي بنيادي القايي (آي.پي.اس.) در حال توسعه عظيمي است و بسيار جالب است که تقريبا هر ماه شاهد نوآوري هاي مهم و بي سابقه هستيم.

شولر که از سال 2004 ميلادي با دينگ همکاري مي کند افزود، طبيعي است که همکاري بين المللي اين روند را تسريع مي کند.

اين پژوهشگر آلماني با توجه به اينکه سلول هاي توليد شده واقعا داراي خصوصيت هاي خاص سلول هاي بنيادي پرتوان بودند مي گويد، آزمايشات، بطور جالبي نشان مي دهند که انتقال و نصب ژن ها در سلول هاي موش با کمک ويروس ها ضروري نيست و تنها ترکيبي از مخلوط پروتئين ها با يک "ملکول کوچک" کافي است تا برنامه ريزي دوباره سلول انجام گيرد. اين مولکول کوتاه، يک ماده شيميايي کوچک است که نصب و اتصال پروتئين به رشته مولکول هاي وراثتي حامل اطلاعات ژنتيکي "دي.ان.آ." را آسان مي کند.

اين در حاليست که در روش هايي که تاکنون در سطح بين المللي متداول بوده است، انتقال ژن هاي ويژه برنامه ريزي دوباره ("سي- ام.ابسيلون.سي."، "اس.او.ايکس2"، "او.سي.تي.4" و" کا.ال.اف.4") به سلول هدف ضروري بوده است.

بر پايه اعلام شولر، در حاليکه اصلاح و تغيير ژنتيکي سلول مي تواند به غيرفعال شدن ژن هاي ديگر يا حتي تغيير شکل سلول ها منجر شود، اما بر اساس دانستني هاي امروزه، اضافه کردن پروتئين ها هيچ خطر و ريسکي براي ژنوم ندارد.
سلول هاي بنيادي پلوري پوتنت القائي (اعم از آي.پي.اس. و پي.آي.پي.اس.) مي توانند به هر نوع سلول از جمله سلول هاي عصبي يا سلول هاي کبد تبديل شوند و در آينده در درمان بيماري هايي چون پارکينسون و ديابت يا احياء اتصالات عصبي به عنوان نمونه در افراد مبتلا به قطع نخاعي يک نقش مهم ايفاء کنند.

دانشمندان يک بخش مهم ديگر استفاده از اين سلول ها را در تجزيه و تحليل پيدايش بيماري ها مي دانند. شلولر مي گويد، نتايج کنوني، آزمايشات بر روي سلول هاي موش است و طبيعي است که گام بعدي، انجام اين آزمايشات بر روي سلول هاي انساني است و ما اين موضوع را به زودي در مونستر شروع خواهيم کرد.

شولر مي گويد، در تماس قرار دادن چهار باره سلول ها با مخلوط پروتئين ها بدين خاطر ضروري است تا سلول ها مجددا به حالت اوليه و تمايز يافته خود باز نگردند.

اين پژوهشگر آلماني افزود، در اين روش جهش ناگهاني ژنتيکي پيش نمي آيد و نگراني از اين نظر وجود ندارد. در آزمايشات متعارف، خصوصيت پرتواني يا پلوري پوتنت اين سلول ها تاييد شده است. تزريق اين سلول ها به جنين هاي موش نيز باعث ساخت کوتيلدون يا سه برگچه هاي اوليه (انتودرم، مزودرم و اکتودرم) شد که از آنها در طي رشد جنين، تمام ارگان ها و بافت ها ساخته مي شوند.

هر چند که براي برنامه ريزي دوباره هنوز به مولکول هاي بزرگ پروتئين نياز است اما چنين به نظر مي رسد که مشکل اصلي برنامه ريزي دوباره سلول حل شده است و شولر با اطمينان مي گويد، مهم اين است که هم اکنون مي توانيم يک برنامه ريزي دوباره سلول را بدون نياز به رشته "دي.ان.آ." انجام دهيم و در نتيجه جهش ناگهاني ژنتيکي نيز رخ نخواهد داد و نگراني از اين نظر وجود ندارد.

پژوهشگران بايد در گام هاي بعدي براي هر نوع سلول مورد نظر، مخلوط و ترکيبات خاص آن را پيدا کنند که بايد بر روي سلول هاي بنيادي توليد شده پاشيده شود تا اين سلول ها در اين ترکيبات تبديل به سلول هاي مورد نياز شوند. به عنوان نمونه پژوهشگران تاکنون موفق شده اند از سلول هاي بنيادي پلوري پوتنت القايي، سلول هاي عصبي و ماهيچه قلب پرورش دهند.

پرفسور "ولفگانگ ميشائيل فرانس" پژوهشگر کلينيک دانشگاهي گروسهادرن در مونيخ آلمان نيز روش جديد دسترسي به سلول هاي بنيادي را عالي و مسرت بخش خواند و گفت، اين روش يک تحول کاملا مهم در بخش برنامه ريزي دوباره سلول است.

گام بعدي، آزمايش اين روش جديد بر روي سلول هاي انساني و رشد بافت از سلول هاي "پي.آي.پي.اس." است.
فرانس خود در تحقيقات جديد شرکت نداشته است اما در سال گذشته موفق شد با برنامه ريزي دوباره، سلول هاي بنيادي پلوري پوتنت را به سلول هاي منشاء سلول هاي قلب تبديل کند.

با توجه به اين پيشرفت ها، مي توان مراجعه به پزشک در سال 2020 ميلادي را اينگونه تصور کرد که پزشک با يک سوهان جراحي کوچک جراحي مقداري از پوست بازوي بيمار را برداشته و درخواست مي کند که بيمار يک هفته بعد مجددا براي درمان ديابتش مراجعه نمايد.

در اين ميان، نمونه برداري از پوست بيمار کشت شده و دستياران پزشک يک مخلوطي از مواد شيميايي را به آن اضافه مي کنند و پس از چند روز سلول ها به سلول هاي بنيادي تبديل مي شوند. سپس دستياران پزشک مجددا يک مخلوط شيميايي ديگر به اين سلول ها اضافه مي کنند و در نهايت سلول هاي لوزالمعده يا پانکراس را دريافت مي کنند.
هر چند علم پزشکي هنوز تا اين حد پيشرفت نکرده است اما در حال حاضر با جديت بر روي تبديل سلول هاي بدن به سلول هاي بنيادي همه کاره يا پلوري پوتنت تحقيق مي شود.

چندين گروه پژوهشي در ماههاي گذشته موفقيت هاي قابل توجهي در بهبود روش دسترسي و توليد سلول هاي بنيادي داشته اند. برنامه ريزي دوباره سلول هاي بنيادي با تزريق ژن هاي کمتر، بدون ويروس و در نهايت نيز پژوهشگران توانستند ژن ها را حتي پس از استفاده از عملکرد آنها مجددا از سلول ها خارج کنند.

تمام اين روش ها به تغيير ژنتيکي سلول نياز دارند که خطرها و ريسک هايي در آن نهفته است و مانع از استفاده پزشکي از آن در آينده مي شود. بدين خاطر بهترين روش، برنامه ريزي دوباره سلول ها با کمترين حد عمليات و فعل و انفعالات ژنتيکي است يعني بدون استفاده از ژن و صرفا با کمک مولکول هاي کوچکي که شولر پژوهشگر آلماني از آن سخن مي گويد. با کلام ديگر، يک ترکيب و مخلوط شيميايي که صرفا به سلول ها اضافه مي شود و در پي آن سلول ها به سلول هاي بنيادي تبديل مي شوند.

برنامه ريزي دوباره سلول ها براي اولين بار سه سال پيش توسط "شينيا ياماناکا" پژوهشگر ژاپني ابتدا بر روي سلول هاي موش و سپس بر روي سلول هاي انسان صورت گرفت. ياماناکا نشان داد که از طريق تزريق وارد کردن ژن هاي مشخصي به سلول هاي ويژه، اين سلول ها به وضعيت و حالت اوليه جنيني خود باز مي گردند. توانايي هاي اين سلول ها که به سلول هاي بنيادي پلوري پوتنت القائي موسوم شدند، هيچ تفاوتي با سلول هاي بنيادي جنيني نداشت. بدين ترتيب پژوهشگران به يک روش نوين توليد سلول هاي بنيادي دست يافتند که از نظر اخلاقي نيز مشکل آفرين نبودند زيرا که براي توليد آنها، نياز به جنين نبود.

کرنولوژي پژوهش سلول هاي بنيادي

1998 ميلادي، توليد سلول هاي بنيادي جنيني

پژوهش سلول هاي بنيادي در سطح بين المللي از سال 1998 ميلادي بطور سريعي رشد کرد و در آن زمان "جيمز تامسون" پژوهشگر آمريکايي براي اولين بار در جهان، سلول هاي بنيادي جنيني از جنين هاي باقيمانده در کلينيک هاي مخصوص بارداري توليد کرد. اين سلول ها سريعا به عنوان بارقه اميدي براي تهيه و توليد بافت هاي جايگزين در مبتلايان به ديابت، پارکينسون و ديگر بيماري ها شد.

اما از آنجا که در اين فناوري بايد جنين ها نابود شوند، اين روش از نظر اخلاقي بسيار مناقشه آميز و بحث انگيز شد و به عنوان نمونه در آلمان ممنوع است. بدين خاطر از آن زمان تاکنون پژوهشگران بطور جدي به دنبال دسترسي به راهها و روش هايي براي توليد سلول هاي بنيادي هستند که از نظر اخلاقي مشکل آفرين نباشد.

2007 ميلادي، توليد سلول هاي بنيادي پلوري پوتنت القائي موسوم به "آي.پي.اس."
فوريه 2009 ميلادي، توليد سلول هاي بنيادي صرفا با استفاده از يک ژن مخصوص برنامه ريزي دوباره سلول
مارس 2009 ميلادي، خارج کردن مجدد ژن خاص برنامه ريزي دوباره از ژنوم سلول
آوريل 2009 ميلادي، برنامه ريزي دوباره سلول بدون ژن

تيم پژوهشگران آمريکايي ـ آلماني برخلاف ديگر پژوهشگران در روش جديد خود هيچ ژني را به سلول هاي پوست موش وارد نکردند و بدين ترتيب ريسک بالقوه بروز سرطان در استفاده درماني ـ پزشکي در آينده را ماهرانه رفع کردند.

شولر مي گويد، در حاليکه تزريق و وارد کردن ژن به سلول مي تواند باعث غيرفعال شدن ژن هاي ديگر و يا حتي تغيير شکل و ساختار سلول ها شود اما بر پايه دانستني هاي کنوني، روش جديد که از پروتئين استفاده مي شود، هيچ خطر و ريسکي براي ژنوم سلول ايجاد نمي کند.

سلولهاي بنيادي "پي.آي.پي.اس." به سه برگه اصلي (کوتيلدون) رشد مي کنند که از آنها در طي رشد جنيني، تمام ارگان ها و بافت ها ايجاد مي شوند.

شولر برغم اينکه تعداد بيشماري از پژوهشگران ساليان متمادي بر روي اين روش کار کرده اند، نسبت به انتظارات و اميدهاي زودهنگام نسبت به اين روش هدار مي دهد و مي گويد، طبيعي است که گام بعدي، آزمايش اين روش بر روي سلول هاي انساني است اما کاربري چنين سلول هايي به عنوان منبعي براي درمان به زودي ممکن نيست.

بر اساس اعلام شولر، با کمک سلول هاي "پي.آي.پي.اس." حتي مي توان ميزان رشد بيماري ها را تجزيه و تحليل و به روش هاي درماني ايده آل براي هر بيمار دست يافت.

پژوهشگران ابتدا چهار "پروتئين کنترل" را به سلول ها دادند و سلول ها نيز اين پروتئين ها را جذب و پس از زمان کوتاهي هضم کردند. بدين خاطر پژوهشگران اين سيکل و چرخه را چهار بار تکرار کردند تا برنامه ريزي دوباره سلول ها بطور کامل انجام گيرد.

پژوهشگران، اين پروتئين هاي کنترل را از باکتري ها توليد کرده بودند که در آنها دقيقا چهار ژني فعال شده بودند که قبلا در برنامه ريزي دوباره سلول ها نقش داشتند.

بدين ترتيب برنامه ريزي دوباره سلول ها در سه سال گذشته بطور سريعي رشد کرد. بيولوژيست ها براي نخستين بار در سال 2006 ميلادي موفق شدند سلول ها را با کمک "چهار ژن کنترل" به نوعي سلول بنيادي جنيني تبديل کردند و در سال هاي بعدي تعداد اين ژن ها را کاهش داده و در نهايت ژن ها را به سلول تزريق کرده و مجددا از ژنوم سلول خارج کردند. پژوهشگران هم اکنون در يک روش نوين، صرفا پروتئين هايي به سلول ها اضافه کردند که سلول ها آنها را هضم کردند.

گردآوري: مرتضي جواديان

منابع:

سايت آلماني ساينکس 24 آوريل 2009
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-9821-2009-04-24.html
مجله آلماني اشپيگل 23 آوريل 2009
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,620596,00.html
روزنامه آلماني برلينرسايتونگ 23 آوريل 2009
http://www.berlinonline.de/berliner-zeitung/wissenschaft/detail_dpa_21022502.php