محققان سلول های بنیادی انسان را با استفاده از مولکول های کوچک و ارزان قیمت به سلول های بتا تبدیل کردند

27 اوت 2021- بدن انسان می تواند بطور ژنتیکی به حمله به سلول های خودی تمایل داشته باشد و از جمله سلول های بتا در لوزالمعده را از بین ببرد، درنتیجه تولید انسولین در بدن متوقف می شود و فرد به دیابت نوع 1 مبتلا می گردد. این بیماری می تواند در هر سنی رخ دهد و اگر با تزریق انسولین یا پمپ انسولین برای متعادل سازی سطح قند بدن کنترل نشود، می تواند کشنده باشد.

به گفته ی پرفسور Xiaojun Lance Lian، دانشیار مهندسی پزشکی و زیست شناسی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، ممکن است بجز انسولین یک گزینه دیگر شخصی سازی شده برای کنترل دیابت در حال ظهور باشد. برای اولین بار پرفسور لیان و تیمش سلولهای بنیادی انسان را به روشی کاملا اقتصادی تنها با استفاده از مولکولهای کوچک در آزمایشگاه به سلولهای بتا تبدیل کردند و این سلولهای بتای جدید قادر به تولید انسولین هستند. این فرآیند کارآمدتر و مقرون به صرفه تر از روشهای پیشین است.

سلولهای بنیادی می توانند از طریق سیگنالهای موجود در محیط خود به انواع دیگری از سلولها تبدیل شوند و برعکس، برخی از سلولهای بالغ می توانند به سلولهای بنیادی برگردند(induced pluripotency). محققان دریافتند که رویکرد آنها با سلول های بنیادی جنینی و سلولهای بنیادی چند توان القایی انسان، که هر دو از رده های سلول بنیادی تأیید شده توسط دولت مشتق شده اند، کار می کند. به گفته ی پرفسور لیان، اثربخشی روش آنها می تواند نیاز به سلول های بنیادی جنینی انسان را در کارهای آینده کاهش دهد یا بکلی از بین ببرد. آنها نتایج خود را در ژورنال Stem Cell Reports منتشر کردند.

پرفسور لیان، گفت: دیابت یک بیماری شدید در سراسر جهان است. سلولهای ایمنی خود بیمار به سلولهای بتا در پانکراس جمله کرده و آنها را از بین می برند، بدین ترتیب توانایی بدن برای تولید انسولین و تنظیم غلظت قند خون از دست می رود. ما فکر کردیم که سلولهای بنیادی به طور بالقوه می توانند مشکل را حل کرده و به فرد اجازه دهند دوباره سطح انسولین و گلوکز خود را به طور مناسب تنظیم کند.

سلول های بنیادی می توانند از طریق شرایط محیطی یا دخالت های آزمایشگاهی به هر نوع سلولی تبدیل شوند. به گفته ی پرفسور لیان، ترفند این کار، یافتن شرایط دقیق برای تحت تأثیر قرار دادن سلول بنیادی برای تبدیل شدن به یک نسخه کاربردی از نوع سلول مورد نظر است.

پرفسور لیان، گفت: اگر بتوانیم سلول های بنیادی را به سلول های بتا پانکراس تبدیل کنیم و آنها را به بیمار منتقل کنیم، ممکن است بتوانیم دیابت را درمان کنیم. بیش از 20 سال است که دانشمندان در تلاش برای یافتن این راه حل هستند. ما متوجه شدیم که باید رویکرد متفاوتی را در پیش گیریم.

به گفته ی پرفسور لیان در تلاش های قبلی، محققان از عوامل رشد یا گروهی از پروتئین ها برای دستکاری سلول های بنیادی و تبدیل آنها به انواع مختلف سلول ها استفاده کردند. با این حال، عوامل رشد گران و ناپایدار هستند، و همین موضوع فرایند تولید را پرهزینه و ناکارآمد می کند.

او افزود: در سال 2012 ، تیم ما یک واسطه مولکولی کاملاً جدید را کشف کرد که می تواند سلول های بنیادی را به مرحله مزودرم یا آندودرم متمایز کند، این مراحل همان نقاط پیشرفت در راه رسیدن به سلول های بالغ هستند. نسبت به عوامل رشد بزرگتر، این مولکولهای کوچک بسیار ارزان تر و بسیار پایدارتر از عوامل رشد هستند و ما هنوز می توانیم تأثیر عوامل رشد را بر تمایز سلولهای بنیادی در یک مرحله ی حد واسط تقلید کنیم.

این مولکولهای کوچک از جمله یک ترکیب شیمیایی به نامCHIR99021 (CHIR) ، که مسیر سیگنال دهی به نام Wnt را فعال می کنند، سلول بنیادی را به یکی از انواع میانی حدواسط هدایت می کنند. هنگامی که Wnt به طور کامل فعال می شود، سلول به یک مزودرم و در نهایت به یک سلول بالغ قلب تبدیل می شود. اما یک دوز کوچکتر ازCHIR ، تنها بخشی از مسیر Wnt را فعال می کند و منجر به ایجاد یک سلول آندودرم می شود که می تواند به یک سلول بتای پانکراس یا یک سلول کبدی، بالغ شود.

یوکیان جیانگ، نویسنده ی اول این مقاله، دانشجوی دکترای مهندسی زیست پزشکی در آزمایشگاه پرفسور لیان، گفت: قبل از این هیچ کس کشف نکرده بود که باید غلظت CHIR را به طور دقیق و با دقت بهینه کرد تا بتوان سلولهای بنیادی را در مسیر تبدیل به سلول مورد نظر هدایت کرد. ما می دانیم که CHIR برای تمایز سلول های بنیادی مهم است، اما دیگران ممکن است تنها یک غلظت از این ماده شیمیایی را آزمایش کرده باشند و فکر کنند که این ماده اصلاً کارآمد نیست. ما تمام غلظت های ممکن را آزمایش کردیم و غلظت دقیقی که سلول های بنیادی را به سلول های اندودرم تبدیل می کند، شناسایی نمودیم.

محققان سلول ها را با افزایش تدریجی غلظتCHIR ، آزمایش کرده و دریافتند که کمترین دوز برای تبدیل سلول ها کافی نیست، در حالی که دوزهای بالاتر سلول ها را به طور کامل از بین می برد. در دومین و سومین دوز از پایین ترین غلظت، تا 87 درصد از سلول های بنیادی به سلول های اندودرم تبدیل شدند که بیشتر می توان آنها را به سوی تبدیل به سلول های بتای پانکراس هدایت نمود.

جیانگ گفت: تمایز سلول های بتا با افزودن کوکتل های شیمیایی مختلف که توسط تحقیقات قبلی در مراحل مختلف شناسایی شده بودند، حدود یک ماه به طول انجامید. در پروتکل های قبلی از عوامل رشد برای هدایت سلول های بنیادی و تبدیل آنها به سلول های اندودرم استفاده می شد. پروتکل ما نیاز به عوامل رشد را برطرف کرد، در حالی که هنوز تعداد زیادی سلول اندودرم با قابلیت تبدیل به سلولهای بتا تولید می شود که در هزینه ها صرفه جویی می کند.

محققان همچنین سلول های بتای جدید را با گلوکز آزمایش کردند. پرفسور لیان گفت: سلول ها بر اساس میزان گلوکز موجود در محیط خود، انسولین تولید کردند، این موضوع عملکرد صحیح آنها را نشان می دهد. برای جلوگیری از حمله ی سلولهای ایمنی بدن به این سلولهای جدید - مشکل اولیه ای که منجر به دیابت نوع 1 شده بود- محققان قصد دارند قبل از پیوند سلولهای بتا مشتق شده از سلولهای بنیادی، آنها را با پلیمرهای زیستی کپسوله کنند. به گفته ی پرفسور لیان، این امر از سلول های جدید محافظت می کند و در عین حال به آنها اجازه می دهد محیط خود را حس کرده و سطح انسولین مناسب را تولید و ترشح کنند.

پرفسور لیان، گفت: این رویکرد به ما اجازه داد تا از یک ماده شیمیایی کم هزینه در دوزهای مختلف برای تولید انواع مختلف سلول های حد واسط استفاده کنیم، که یکی از آنها می تواند به سلولهای بتا پانکراس تبدیل شود. ما در حال تلاش برای بهینه سازی این رویکرد و انتقال آن به آزمایشات بالینی هستیم، در حقیقت ما قسمت سخت کار را انجام داده ایم که هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. سلول درمانی شگفت انگیز است، اما همه ی افراد نمی توانند از عهده ی هزینه های آن برآیند. هدف ما این است که آن را در دسترس همه کسانی قرار دهیم که به آن نیاز دارند.

پرفسور لیان همچنین وابسته به موسسه علوم زیستی Huck است. Andrew Read، مدیر موسسه های علوم زندگی Huck، گفت: هنگامی که من برای اولین بار صحبت های پرفسور لیان در مورد آنچه که او سعی در انجام آن داشت را شنیدم، از جسارت او شگفت زده شدم، کار او مظهر علمی است که هدف آن تحولی در درمان دیابت و بسیاری از بیماریهای دیگر است. من واقعاً خوشحالم که او به این مرحله ی مهم دست یافته است.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20210827/Researchers-convert-human-stem-cells-into-beta-cells-using-small-molecules.aspx