سلول بنیادی | چیستی، عملکرد، انواع و کاربردها

در فصل چهارم زیست‌شناسی سال دهم با سلول بنیادی به‌طور مختصر آشنا شدیم. این سلول‌ها تنها سلول‌هایی در بدن شما هستند که انواع سلول‌های مختلفی مانند سلول‌های خون، استخوان و ماهیچه را می‌سازند. این سلول‌ها دو ویژگی مهم دارند که آن‌ها را از سایر سلول‌های بدن متمایز می‌کند. این نوع از سلول‌ها قابلیت تمایز و تکثیر اعجاب‌انگیزی دارند به این معنی که یک سلول بنیادی می‌تواند به انواعی از سلول‌ها تبدیل شود همچنین سلول‌های بنیادی، برخلاف سایر سلول‌ها، بدون محدودیت تقسیم می‌شوند. آن‌ها همچنین بافت آسیب‌دیده را ترمیم می‌کنند. در حال حاضر، این سلول‌های جادویی در درمان انواع بسیاری از بیماری‌ها مانند سرطان، دیابت، بیماری‌های قلبی و انواع سوختگی‌ها به کار می‌روند. سؤال اینجاست که این سلول‌ها چه تفاوتی با سلول‌های عادی بدن دارند؟ اهمیت سلول‌های بنیادی در چیست و چه کاربردهایی برای ما انسان‌ها دارند؟ سلول‌های بنیادی در چه دسته‌بندی‌هایی قرار می‌گیرند و منبع این سلول‌ها در بدن انسان کجاست؟ با مجله بیوزوم همراه باشید. در این مقاله به پاسخ این سؤال‌ها و بسیاری از سؤال‌های دیگر در رابطه با سلول‌های بنیادی، انواع آن‌ها و کاربرد آن‌ها برای انسان‌ها خواهیم رسید.

سلول بنیادی چیست؟

بیشتر سلول‌های بدن انسان تخصصی هستند، به این معنی که عملکرد خاصی را در نوع خاصی از بافت انجام می‌دهند. سلول‌های پوست، سلول‌های خون، سلول‌های قلب، سلول‌های عصبی، سلول‌های کبدی و غیره ازجمله صدها نوع مختلف سلول‌های تخصصی هستند. سلول‌های بنیادی، سلول‌هایی هستند که تمایز نیافته‌اند یا تخصصی نشده‌اند. آن‌ها در گیاهان و حیوانات ازجمله انسان یافت می‌شوند. سلول‌های بنیادی می‌توانند بارها و بارها خود را از طریق تقسیم سلولی تجدید کنند . آن‌ها همچنین باعث ایجاد انواع مختلف سلول‌های تخصصی می‌شوند که بافت‌ها و اندام‌های بدن را می‌سازند. هنگامی‌که یک سلول بنیادی تقسیم می‌شود، برخی از سلول‌های حاصل ممکن است به‌عنوان سلول‌های بنیادی ادامه دهند درحالی‌که برخی دیگر ممکن است به سلول‌های تخصصی تبدیل شوند. راه‌هایی که سلول‌های بنیادی به سلول‌های تخصصی تبدیل می‌شوند هنوز به‌طور کامل شناخته‌نشده است.

مطلب مرتبط: نگاهی بر انواع سلول ، سازندگان حیات

عملکرد سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی، سلول‌های نابالغ و تمایز نیافته‌ای هستند که در بدن انسان یافت می‌شوند. این سلول‌ها به دلیل توانایی منحصربه‌فرد خود در خود نوزایی و تمایز به انواع مختلف سلول‌های تخصصی، به‌عنوان سلول‌های مادر» شناخته می‌شوند. در ادامه با عملکرد این سلول‌های منحصربه‌فرد بیشتر آشنا خواهیم شد.

• تمایز: سلول‌های بنیادی می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های تخصصی، مانند سلول‌های عصبی، عضلانی، خونی و پوستی تمایز پیدا کنند.
• خود نوزایی: سلول‌های بنیادی می‌توانند به‌طور نامحدود تقسیم شوند و سلول‌های بنیادی جدید تولید کنند.
• ترمیم: سلول‌های بنیادی می‌توانند برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و جایگزینی سلول‌های ازدست‌رفته استفاده شوند.

چرا مطالعه سلول بنیادی مهم است؟

 این دسته از سلول‌ها، نقش مهمی در بدن انسان دارند و از ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها جهت تحقیقات پزشکی استفاده می‌شود. دانشمندان، سلول‌های بنیادی را با اهداف متفاوتی مطالعه می‌کنند.

درک بهتر رشد و تکوین انسان

مطالعه سلول‌های بنیادی به ما کمک می‌کند تا چگونگی رشد و تکوین یک انسان از یک سلول منفرد را درک کنیم.

شناخت و درمان بیماری‌ها

با استفاده از سلول‌های بنیادی، محققان و پزشکان قادر به بهبود بیماری‌های مختلف، توسعه درمان‌های نوین و حتی بازسازی انسان می‌باشند. سلول‌های بنیادی نقش مهمی در شناخت بیماری‌ها و توسعه روش‌های درمانی مؤثر دارند. این سلول‌ها به‌عنوان ابزاری قدرتمند در تحقیقات بیوتکنولوژی و پزشکی به کار می‌روند و امکانات بی‌شماری برای تفهیم بیماری‌ها و ارتقاء روش‌های درمانی فراهم می‌کنند. در زیر به برخی از نقش‌های مهم سلول‌های بنیادی در شناخت بیماری‌ها اشاره می‌شود:

• مطالعه مکانیسم‌های بیماری: با استفاده از سلول‌های بنیادی، محققان می‌توانند مکانیسم‌های مولکولی و سلولی بیماری‌ها را در محیط کنترل‌شده‌تر و با دقت بالاتری بررسی کنند. این امر به تحلیل عمیق‌تری از ریشه‌های بیماری‌ها و فهم بهتر آن‌ها کمک می‌کند.
• بررسی علت بروز بیماری: با استفاده از سلول‌های بنیادی می‌توان بروز بیماری در سطح سلولی و بافتی را شبیه‌سازی کرده و فرآیندهای پیچیده بیماری‌ها را بررسی نمود.
• ارزیابی داروها و درمان‌ها: سلول‌های بنیادی می‌توانند به‌عنوان مدل‌های تست برای ارزیابی اثربخشی داروها و درمان‌های جدید بر بیماری‌ها استفاده شوند. این ارزیابی‌ها می‌توانند مرحله مهمی در توسعه داروها و روش‌های درمانی نوین باشند.
• توسعه درمان‌های بیماری‌های ژنتیکی: سلول‌های بنیادی ابزاری قدرتمند برای تحقیقات درزمینه بیماری‌های ژنتیکی مانند بیماری‌های ارثی و بیماری‌های نادر فراهم می‌کنند.

به‌طورکلی، سلول‌های بنیادی ابزاری بسیار قدرتمند برای شناخت بیماری‌ها، توسعه روش‌های درمانی مؤثرتر و بهبود سلامتی انسان‌ها هستند. این سلول‌ها امکانات بی‌شماری را برای پژوهش‌های پیشرفته در علم پزشکی و بیولوژی فراهم می‌کنند و به رسیدن به دانش بیشتر درباره بیماری‌ها و ارتقاء روش‌های درمانی کمک می‌کنند.

مهندسی بافت

سلول‌های بنیادی می‌توانند برای ساخت بافت‌های مصنوعی، مانند پوست و غضروف، برای پیوند به بیماران استفاده شوند.

مطلب مرتبط: انواع بافت بدن انسان

مزایای استفاده از سلول‌های بنیادی در مهندسی بافت

• توانایی تمایز به انواع مختلف سلول‌های تخصصی: سلول‌های بنیادی می‌توانند به سلول‌های مختلف بافت موردنظر تمایز پیدا کنند و به‌این‌ترتیب به ساخت بافت‌های مصنوعی با عملکرد مشابه بافت‌های طبیعی کمک کنند.
• توانایی خود نوزایی: سلول‌های بنیادی می‌توانند به‌طور مداوم در محیط آزمایشگاهی کشت داده شوند و به‌این‌ترتیب منبع نامحدودی از سلول برای مهندسی بافت فراهم کنند.
• سازگاری با بدن بیمار: سلول‌های بنیادی می‌توانند از خود بیمار گرفته شوند و به‌این‌ترتیب خطر رد پیوند بافت مصنوعی را کاهش می‌دهد.

چالش‌های استفاده از سلول‌های بنیادی در مهندسی بافت

• کنترل تمایز سلولی: کنترل دقیق تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های تخصصی موردنظر، چالشی مهم در مهندسی بافت است.
• ایمنی: پیوند سلول‌های بنیادی می‌تواند خطر ابتلا به تومور و سایر عوارض جانبی را به همراه داشته باشد.
• هزینه: تحقیقات و کاربردهای سلول‌های بنیادی در مهندسی بافت هنوز پرهزینه است.
• داروسازی: سلول‌های بنیادی می‌توانند برای آزمایش داروها و بررسی اثرات آن‌ها بر روی سلول‌های انسان استفاده شوند.

مزایای مطالعه سلول‌های بنیادی

• امکان مطالعه سلول‌ها در شرایط کنترل‌شده: سلول‌های بنیادی را می‌توان در محیط آزمایشگاهی و تحت شرایط کنترل‌شده کشت داد و به‌این‌ترتیب عملکرد و خصوصیات آن‌ها را به‌طور دقیق بررسی کرد.
• امکان دستکاری ژنتیکی سلول‌ها: سلول‌های بنیادی را می‌توان به‌طور ژنتیکی دستکاری کرد و به‌این‌ترتیب مدل‌های بیماری‌های مختلف را در آزمایشگاه ایجاد و بررسی کرد.
• امکان تولید انبوه سلول‌ها: سلول‌های بنیادی را می‌توان در محیط آزمایشگاهی به‌طور انبوه تولید کرد و به‌این‌ترتیب از آن‌ها برای مصارف مختلف، مانند درمان بیماری‌ها و مهندسی بافت، استفاده کرد.

منشأهای مختلف سلول‌های بنیادی

جنین (جنین انسانی)

• سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) در توده سلولی داخلی بلاستوسیت یافت می‌شوند که جنینی است که 3 تا 5 روز از رشد خود را سپری کرده است. این سلول‌ها قادر به تمایز به هر نوع سلولی در بدن انسان هستند و به‌عنوان پرتوان شناخته می‌شوند.

بلاستوسیست از دو بخش اصلی تشکیل‌شده است:

1- توده سلولی داخلی (Inner cell mass)

• این بخش از بلاستوسیست به جنین تبدیل می‌شود.
• شامل سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) است که می‌توانند به هر نوع سلولی در بدن انسان تمایز پیدا کنند.

توده سلولی خارجی (TF)

• این بخش از بلاستوسیت، به جفت تبدیل می‌شود.
• جفت، تبادل مواد مغذی و اکسیژن بین مادر و جنین را انجام می‌دهد.

ویژگی‌های منحصر به فرد سلول‌های بنیادی جنینی

سلول‌های بنیادی جنینی دارای ویژگی‌هایی هستند که آن‌ها را از سایر انواع سلول‌های بنیادی متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها شامل موارد زیر است:

1. قدرت تکثیر بالا: سلول‌های بنیادی جنینی قدرت تکثیر بالایی دارند و می‌توانند به شکل نامحدود تقسیم شوند.
2. پتانسیل تمایز چندگانه: این سلول‌ها قادر به تبدیل به‌تمامی نوع‌های سلولی موجود در بدن (مانند سلول‌های عصبی، عضلانی، خونی و غیره) هستند که به آن‌ها پتانسیل تمایز چندگانه» می‌گویند.
3. قابلیت رشد سریع در آزمایشگاه: سلول‌های بنیادی جنینی می‌توانند در شرایط کشت در محیط‌های آزمایشگاهی (در محیط‌های مختلفی مانند محیط‌های مرطوب یا محیط‌های خشک) رشد کنند.
4. کاربردهای درمانی گسترده: به دلیل قابلیت تمایز چندگانه و توانایی تکثیر بالا، سلول‌های بنیادی جنینی برای تحقیقات پزشکی و کاربردهای درمانی گسترده‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سلول‌های بنیادی بالغ

سلول‌های بنیادی بالغ (ASCs) در بافت‌های مختلف در سراسر بدن یافت می‌شوند. این سلول‌ها به‌اندازه ESC ها پرتوان نیستند، اما هنوز هم قادر به تمایز به انواع مختلف سلولی در داخل هستند. به‌عنوان‌مثال، سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) که در مغز استخوان یافت می‌شوند، می‌توانند به استخوان، غضروف و چربی تمایز پیدا کنند. برخلاف سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) که در مراحل اولیه رشد جنین یافت می‌شوند، سلول‌های بنیادی بالغ در طول زندگی انسان در بدن وجود دارند.

مزایای سلول‌های بنیادی بالغ

• دسترسی آسان: سلول‌های بنیادی بالغ به‌راحتی از طریق بیوپسی از بافت‌های مختلف بدن قابل‌دسترس هستند.
• ایمنی بالا: سلول‌های بنیادی بالغ خطر ابتلا به تومور و سایر عوارض جانبی را در مقایسه با ESCs کاهش می‌دهند.
• عدم وجود مسائل اخلاقی: استفاده از سلول‌های بنیادی بالغ برخلاف ESCs با مسائل اخلاقی همراه نیست.

معایب سلول‌های بنیادی بالغ

• توانایی تمایز محدود: سلول‌های بنیادی بالغ به‌اندازه ESCs توانایی تمایز به انواع مختلف سلول‌های تخصصی را ندارند.
• کاهش تعداد با افزایش سن: تعداد سلول‌های بنیادی بالغ با افزایش سن کاهش می‌یابد.
• خون بند ناف: خون بند ناف حاوی سلول‌های بنیادی است که می‌تواند برای درمان بیماری‌های مختلف خونی مانند لوسمی استفاده شود. سلول‌های بنیادی خون بند ناف نیز پرتوان هستند، اما به‌اندازه ESC ها قدرتمند نیستند.

سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs)

سلول‌های بالغی هستند که ازنظر ژنتیکی باز برنامه‌ریزی‌شده‌اند تا شبیه ESC شوند. این سلول‌ها پتانسیل مشابه ESC ها را دارند، اما بحث اخلاقی کمتری دارند. بااین‌حال، iPSC ها هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند و برای استفاده بالینی ایمن و مؤثر نیستند. برای ایجاد iPSCs، دانشمندان از ویروس‌ها یا سایر روش‌ها برای انتقال ژن‌های خاص به سلول‌های بالغ استفاده می‌کنند. این ژن‌ها سلول‌های بالغ را به حالت «پرتوان» بازبرنامه‌ریزی می‌کنند، به این معنی که آن‌ها می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های تخصصی در بدن انسان تمایز پیدا کنند. در حال حاضر، محققان به دنبال شناخت عمیق‌تر از مکانیسم‌های عملکرد و توانمندی‌های سلول‌های بنیادی پرتوان القایی هستند. این تحقیقات شامل بررسی تأثیر عوامل محیطی، شرایط کشت بهینه و مکانیسم‌های تمایز سلولی است.

انواع سلول بنیادی

توان سلولی و پتانسیل تمایز سلول بنیادی، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن است که به قابلیت سلول برای تمایز به انواع مختلف سلول‌های تخصصی اشاره دارد. بر اساس توان سلولی، سلول‌های بنیادی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند:

سلول‌های بنیادی همه توان (Totipotent)

این دسته از سلول‌های بنیادی زمانی حاصل می‌شوند که زیگوت تشکیل شده باشد و این سلول در مرحله مرولا 4 الی 8 سلول را تشکیل دهد. در این حالت اگر هر یک از این سلول بنیادی را استخراج کنیم، توانایی ایجاد جفت و جنین کامل را خواهند داشت که به همین علت به آن سلول بنیادی همه توان اطلاق می‌شود. همچنین گفتنی است که سلول‌های بنیادی همه توان فقط در مرحله اولیه جنینی، در توده سلولی داخلی بلاستوسیت یافت شده و به دلیل پتانسیل بالای این سلول‌ها، تحقیقات زیادی بر روی آن‌ها انجام می‌شود.

کاربردهای بالقوه: درمان بیماری‌های مختلف، ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده، جوانسازی

مطلب مرتبط: مراحل رشد جنین انسان

سلول‌های بنیادی چندتوان (Pluripotent)

این سلول‌ها می‌توانند به تمام سلول‌های بدن به‌جز سلول‌های جفت تمایز پیدا کنند.

منابع سلول‌های بنیادی پرتوان:

• • سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs): از توده سلولی داخلی بلاستوسیت به دست می‌آیند.
  • سلول‌های پرتوان القایی (iPSCs): از سلول‌های بالغ بدن با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک ایجاد می‌شوند.

کاربردهای بالقوه: مشابه سلول‌های بنیادی پرتوان

سلول‌های بنیادی چند توان (Multipotent)

این سلول‌ها می‌توانند به تعداد محدودی از سلول‌های تخصصی در یک یا چند بافت تمایز پیدا کنند.

مثال:

• سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs): در مغز استخوان یافت می‌شوند و می‌توانند به استخوان، غضروف و چربی تمایز پیدا کنند.
• سلول‌های بنیادی عصبی: در مغز و نخاع یافت می‌شوند و می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های عصبی تمایز پیدا کنند.

کاربردهای بالقوه: درمان بیماری‌های مرتبط با بافت خاص، ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده

سلول‌های بنیادی تک توان (Unipotent)

این سلول‌ها فقط می‌توانند به یک نوع سلول تخصصی تمایز پیدا کنند.

مثال:

• • سلول‌های بنیادی پیش‌ساز خونی: در مغز استخوان یافت می‌شوند و می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های خونی تمایز پیدا کنند.
  • سلول‌های بنیادی پیش‌ساز اپیدرمی: در پوست یافت می‌شوند و می‌توانند به سلول‌های مختلف پوستی تمایز پیدا کنند.

کاربردهای بالقوه: درمان بیماری‌های مرتبط با سلول خاص

جمع‌بندی

مطالعه سلول‌های بنیادی، حوزه‌ای نوظهور و پویا در علم پزشکی است که پتانسیل عظیمی در درمان بیماری‌ها، ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و ارتقای سلامت انسان دارد. باوجود چالش‌هایی که پیش روی این تحقیقات وجود دارد، پیشرفت‌های علمی نویدبخش آینده‌ای روشن برای این حوزه و کاربردهای آن در دنیای پزشکی است. در این مقاله با سلول‌های بنیادی و نقش حیاتی آن‌ها در بدن آشنا شدیم. دانستیم که سلول‌های بنیادی تا حدودی شبیه به سایر سلول‌های بدن هستند و در بسیاری از ویژگی‌های عمومی، با سایر سلول‌های عادی تشابهاتی دارند؛ اما سلول‌های بنیادی ویژگی‌های دیگری نیز دارند که آن‌ها را از سایر سلول‌های بدن متمایز می‌کنند. همچنین دانستیم که سلول‌های بنیادی نقش‌های بسیار مهمی در درمان بیماری‌ها و پیشرفت‌های پزشکی ایفا می‌کنند.