پیشرفت بزرگ در پزشکی: تبدیل مستقیم سلول‌های پوست به نورون‌های مغز

در پیشرفتی بزرگ در پزشکی ترمیمی، دانشمندان موفق شده‌اند بدون مرحله معمول استفاده از سلول‌های بنیادی، سلول‌های پوست موش را مستقیماً به نورون‌های حرکتی تبدیل کنند.

تهیه سلول‌های بنیادی برای درمان بیماری یا آسیب قبلاً شامل فرآیند اخلاقی پیچیده‌ای بود که در آن سلول‌ها از بافت رویانی برداشت می‌شدند. اما در سال ۲۰۰۶، دانشمندان ژاپنی روشی پیدا کردند که به کمک آن می‌توان سلول‌های بالغ را دوباره به سلول‌های بنیادی تبدیل کرد. از آنجا، این سلول‌های بنیادی پرتوان القایی  (PSCs) می‌توانند به هر نوع سلولی که برای درمان خاصی نیاز باشد، تبدیل شوند.

با‌این‌حال، کشف سلول‌های بنیادی پرتوان القایی که برنده جایزه نوبل شد، با مشکلاتی نیز همراه است. یکی از مشکلات این است که بخش بزرگی از سلول‌ها ممکن است در مراحل میانی گیر کنند و همین امر باعث کاهش بازده این تکنیک می‌شود. در مطالعه اولیه، کمتر از ۰٫۱ درصد سلول‌ها موفق به عبور کامل از مراحل شدند، اما طی ۲۰ سال گذشته این فرآیند بهبود چشمگیری پیدا کرده است.

به‌گزارش نیواطلس، اکنون دانشمندان MIT روشی پیدا کرده‌اند که در آن می‌توانند مستقیماً یک نوع سلول را به نوع دیگری تبدیل کنند، بدون اینکه نیاز باشد ابتدا آن را به سلول بنیادی تبدیل کنند. این روش دارای کارآیی شگفت‌انگیز بیش از ۱۰۰۰ درصد است. به عبارت دیگر، برای هر یک سلول منبع، بیش از ۱۰ سلول هدف به دست می‌آید.

کیتی گالووی، نویسنده ارشد دو مقاله که تکنیک جدید را توضیح می‌دهد: «یکی از چالش‌ها در برنامه‌ریزی مجدد این است که سلول‌ها ممکن است در مراحل میانی گیر کنند. بنابراین ما از تبدیل مستقیم استفاده می‌کنیم که در آن به جای عبور از مرحله iPSC، مستقیما سلول بدنی را به نورون حرکتی تبدیل می‌کنیم.»

همچنین بخوانید: مه مغزی چیست؟ علل، تأثیرات و راهکارهای مقابله با آن

در فرایند اولیه، از چهار ژن خاص استفاده می‌شد که پروتئین‌هایی به نام فاکتورهای رونویسی را رمزگذاری می‌کردند. فاکتورهای رونویسی به‌وسیله‌ی ویروس‌ها به سلول‌های پوست منتقل می‌شدند (وکتور ویروسی) و سپس این سلول‌ها به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی  تبدیل می‌شدند.

در مطالعه جدید، پژوهشگران ترکیب‌های مختلفی از شش فاکتور  رونویسی را امتحان کردند تا ترکیبی با کمترین تعداد فاکتور رونویسی، اما کارآمد را پیدا کنند. پس از چندین بار آزمایش و خطا، دانشمندان سه فاکتور خاص به نام‌های NGN2، ISL1 و LHX3 را پیدا کردند که می توانستد تبدیل مذکور را انجام دهند. آن‌ها سه فاکتور مذکور را در وکتور ویروسی قرار دادند و با استفاده از ویروس دیگری دو ژن دیگر را نیز وارد سلول‌ها کردند که موجب می‌شد سلول‌ها فرایند تکثیر را شروع کنند.

گالووی توضیح می‌دهد اگر فاکتورهای رونویسی را با مقادیر زیادی وارد سلول‌هایی کنید که به‌طور طبیعی تکثیر نمی‌شوند، فرآیند برنامه‌ریزی مجدد سلول‌ها چندان کارآمد نخواهد بود. اما سلول‌هایی که به‌طور طبیعی تکثیر می‌شوند، بهتر پذیرای این تغییرات هستند.

تیم تحقیقاتی تکنیک خود را با تبدیل سلول‌های پوست موش به نورون‌های حرکتی آزمایش کرد و بازده فرآیند بیش از ۱۰۰۰ درصد یا ۱۰ برابر بود.

نورون‌های حرکتی جدید، توانستند فعالیت‌های الکتریکی و سیگنال‌های کلسیمی را که نشانه عملکرد درست آن‌ها است، تولید کنند. این نورون‌ها سپس به مغز موش‌های زنده پیوند زده شدند و به نظر می‌رسید با سایر سلول‌های مغز ارتباط برقرار کردند.

نسخه‌ای از تکنیک برای سلول‌های انسانی نیز توسعه داده شده است، اما درحال‌حاضر کارآیی آن نسبت به نسخه آزمایش‌شده روی موش‌ها کمتر  و بین ۱۰ تا ۳۰٪ است. با‌این‌حال، همین مقدار کارآیی هنوز بهتر از ۰٫۱ درصد است که در روش اولیه برای سلول‌های موش به دست آمده بود. تیم تحقیقاتی قصد دارد روی افزایش بازده این روش در سلول‌های انسانی کار کند.

چنانچه تکنیک جدید پژوهشگران در انسان‌ها موفقیت‌آمیز باشد، یکی از اولین کاربردهای آن می‌تواند رشد نورون‌های جدید برای بیماران مبتلا به بیماری‌هایی مانند ALS (اسکلروز جانبی آمیوتروفیک) باشد تا کنترل حرکتی آن‌ها بهبود یابد. از سوی دیگر، تکنیک مذکور ممکن است برای تولید انواع دیگر سلول‌ها نیز بکار رود.

نتایج آزمایش‌های دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست در مجله‌ی Cell Systems منتشر شده است.