سلول بنیادی

سلول بُنیادی یا یاختهٔ بُنیادی یا بُن‌یاخته (به انگلیسی: stem cell) یاخته‌ای تمایزنیافته با توانایی تقسیم بالا است که هنوز تقسیم نشده‌است. یاخته‌های حاصل از تقسیم بُن‌یاخته‌ها (از راه میتوز) یاختۀ بنیادی بیشتری می‌سازند و می‌توانند به گونه‌های مختلف یاخته‌های دیگر تمایز یابند و ممکن است در روند تمایز، برخی یاخته‌ها مانند یاخته‌های عصبی، توانایی تقسیم‌شدن را از دست بدهند. یاخته‌های بنیادی در جانداران پریاخته‌ای یافت می‌شوند.^[۱] در پستانداران دو گونهٔ گسترده از یاخته‌های بنیادی وجود دارد: یاخته‌های بنیادی رویانی (Embryonic Stem Cell) و یاخته‌های بنیادی بزرگسال (Adult Stemcell)، که در بافت‌های مختلف یافت می‌شوند. در جانداران بالغ، یاخته‌های بنیادی و نیایاخته‌ها به‌عنوان یک سامانهٔ تعمیر برای بدن و بازسازی بافت‌های بالغ عمل می‌کنند. از بُن‌یاخته‌ها می‌توان در ساخت یاخته‌ها و در نهایت بافت‌های مختلف نیز استفاده کرد. امروزه کاربرد این یاخته‌ها جهت بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده در حال گسترش است. یاخته‌های بنیادی را بر اساس میزان توانایی آن‌ها در ساخت بافت‌های مختلف، به «همه‌توان» (totipotent)، «پُرتوان» (pluripotent)، «چندتوان» (multipotent) و «تک‌توان» (unipotent) تقسیم می‌کنند.^[۲][۳][۴]

PAGENAME
یک کلنی از یاخته‌های بنیادی جنینی انسان بر روی لایه ای از یاخته‌های حمایت کننده (فیبروبلاست جنینی موش)
جزئیات
شناسه‌ها
لاتین	cellula precursoria
MeSH	D013234
TH	H1.00.01.0.00028، H2.00.01.0.00001
FMA	63368

فناوری یاخته‌های بنیادی علاوه بر به‌کارگیری این یاخته‌ها جهت درمان بیماری‌ها و بازسازی و نوسازی بافت‌ها، در سال‌های گذشته روی ساخت این یاخته‌ها نیز متمرکز شده‌است. جایزهٔ نوبل پزشکی در سال ۲۰۱۲ به‌خاطر کشف روشی برای بازسازی یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایز یافته، مشترکاً به جان برتراند گوردون (John B. Gurdon) و شنیا یاماناکا (Shinya Yamanaka) اعطا شد. منابع اصلی یاخته‌های بنیادی در انسان، شامل: مغز استخوان، بند ناف، مغز دندان، بعضی بافت‌های چربی و جُفت هستند.^[۵][۶]

کاربردها و فنون یاخته‌های بنیادی، در زیست‌فناوری و مطالعات پایهٔ آن، در زیست‌شناسی یاخته‌ای بررسی می‌گردد.^[۷][۸]

توانایی تمایز یاخته‌های بنیادی

یاخته‌های بنیادی را می‌توان بر اساس توانایی تمایز و تبدیل آن‌ها به یاخته‌های دیگر به چهار دستهٔ یاختهٔ بنیادی تمام‌توان، پرتوان، چندتوان و تک‌توان تقسیم کرد:^[۹]

• «همه‌توان» یا Totipotent: به یاختۀ تخمک و یاخته‌های رویان در مرحلهٔ ۴یاخته‌ای و ۸یاخته‌ای گفته می‌شود که می‌توانند همۀ بافت‌های بدن و همچنین پرده‌های آمنیون (درون‌شامه) و کوریون (برون‌شامه) و جفت را ایجاد کنند. این یاخته‌ها را می‌توان از رویان‌های چهار یا پنج‌روزه حاصل از تخمک‌هایی که با روش‌های آزمایشگاهی لقاح داده می‌شوند به‌دست‌آورد و در محیط‌های کشت اختصاصی رشد داد. از این رو، یاخته‌های همه‌توان به یاخته‌های بنیادی رویانی هم معروف هستند.
• «پُرتوان» یا Pluripotent: به یاخته‌هایی گفته می‌شود که می‌توانند یاخته‌های چندین بافت را بسازند. از جمله یاخته‌های لایهٔ اکتودرم، مزودرم و اندودرم که به‌ترتیب مربوط به لایه‌های بیرونی، میانی و درونی رویان هستند. یاخته‌های بنیادی اکتودرمی، پیش‌ساز یاخته‌های پوست و یاخته‌های دستگاه عصبی هستند. یاخته‌های مزودرمی پیش‌ساز بافت‌های عصبی، ماهیچه‌ای، چربی، بافت همبند، خون، یاخته‌های لوله‌های کلیوی و … هستند. یاخته‌های اندودرمی پیش‌ساز یاخته‌های لوزالمعده، تیروئید و یاخته‌های ششی هستند. در افراد بزرگسال هم، گونه‌ای از یاخته‌های بنیادی پرتوان که خاستگاه مزودرمی دارند، در مغز دندان و بعضی بافت‌های چربی یافت می‌شوند. گونه‌ای از این یاخته‌ها (یاخته‌های بنیادی خون‌ساز جنینی) را می‌توان از خون باقی‌مانده در بند ناف، پس از تولد نوزاد به‌دست‌آورد. ویژگی مهم این یاخته‌ها نابالغ بودن لنفوسیت‌های آن است. از این رو می‌توان با پیوند زدن آن‌ها به مغز استخوان افراد بیمار، علاوه بر تأمین یاخته‌های خونی جدید برای آن‌ها، انتظار موفقیت بالایی از عمل پیوند داشت. از آن‌جا که یاخته‌های بنیادی خون‌ساز جنینی «پرتوان» هستند و توانایی تمایز به تمام بافت‌های بدن را دارند؛ به دست آوردن آن‌ها از بند ناف افق جدیدی برای درمان بسیاری از بیماری‌هاب در آینده ترسیم می‌کند.
• «چندتوان» یا Multipotent: یک ردهٔ پایین‌تر از یاخته‌های پرتوان محسوب می‌شوند و می‌توانند یاخته‌های مختلف یک بافت معین را بسازند. مانند یاخته‌های بنیادی مغز استخوان که قادر به ساخت گونه‌های یاخته‌های مختلف بافت خونی، شامل یاخته‌های سرخ و سفید خون، لنفوسیت‌ها و پلاکت‌ها هستند. یاخته‌های بنیادی موجود در بافت‌های مختلف (عصبی، پوست و …) افراد بزرگسال، در این دسته قرار می‌گیرند.
• «تک‌توان» یا Unipotent: به یاخته‌هایی گفته می‌شود که تنها توانایی ساخت یک یاختهٔ تمایزیافته را دارند. مانند لنفوسیت بی که تنها توانایی ساخت پلاسموسیت‌(خوناب‌یاخته‌)ها را دارند.

یاخته‌های بنیادی رویانی

یاخته‌های بنیادی رویانی (به انگلیسی embryonic stem cells)، یاخته‌های بنیادی پرتوانی هستند که از تودهٔ یاخته‌ای درونی رویان در مرحلهٔ بلاستوسیست به‌دست می‌آیند. این یاخته‌ها می‌توانند به تمام رده‌های یاخته‌ای تبدیل شوند.^[۱۰][۱۱]

کشت یاخته‌های بنیادی رویانی

رویان ۳ تا ۵ روزه را بلاستوسیست می‌نامند. یک بلاستوسیست توده‌ای متشکل از ۱۰۰ یاخته یا بیشتر است. یاخته‌های بنیادی، یاخته‌های درونی بلاستوسیست هستند که در نهایت به هر نوع یاخته، بافت و اندام درون بدن تبدیل می‌شوند.^[۱۲]

رشد یاخته‌های بنیادی در محیط آزمایشگاه را اصطلاحاً کشت یاخته می‌نامند. در واقع جدا کردن یاخته‌های بنیادی رویانی از طریق انتقال سطح داخلی بلاستوسیست به یک ظرف کشت آزمایشگاهی پلاستیکی که شامل یک بستر تغذیه‌ای به نام محیط کشت می‌باشد انجام می‌گیرد. تقسیم و تکثیر یاخته‌ها بر روی سطح این ظرف انجام می‌گیرد. سطح داخلی این ظرف معمولاً به وسیله یاخته‌های پوست رویان موش پوشیده شده‌است. این یاخته‌ها قادر به تقسیم شدن نیستند.^[۱۳] به این لایه پوشانندهٔ یاخته‌ای در اصطلاح لایهٔ تغذیه‌ای (feeder layer) گفته می‌شود. دلیل به‌کارگیری این یاخته‌ها فراهم آوردن یک سطح طبیعی به منظور چسبیدن یاخته‌های بنیادی به آن و عدم جداشدنشان است. در ضمن یاخته‌های این لایه مواد مغذی را به داخل محیط کشت رها می‌کنند.^[۱۴]

پس از چند روز یاخته‌های کشت داده شده شروع به رشد و تقسیم شدن در این محیط می‌کنند. هنگامی که این عمل انجام گرفت یاخته‌های کشت داده شده که زیاد شده‌اند را از این محیط برداشته و به محیط‌های تازهٔ کشت منتقل می‌کنند. روند کشت مجدد یاخته‌ها بارها و بارها به مدت چند ماه تکرار می‌شود. پس از ۶ ماه یا بیشتر، ۳۰ یاختهٔ اولیه تبدیل به هزاران میلیون یاختهٔ بنیادی رویانی می‌شوند. یاخته‌هایی را که در این دوره ۶ ماه و در این محیط کشت مخصوص تقسیم شده و در عین حال تمایز نیابند را پرتوان (pluripoten) می‌نامند.^[۱۵]

به‌تازگی راه حل‌هایی جهت کاهش مدت زمان ساخت یاخته‌های بنیادی ارائه شده‌است.^[۱۶]

یاخته‌های بنیادی بزرگسال

یاخته‌های بنیادی بزرگسال (به انگلیسی Adult Stem Cells) یا یاخته‌های بنیادی پیکری (Somatic Stem Cells) یاخته‌هایی بنیادی هستند که پس از مراحل رشد و نمو جنین و در سرتاسر طول عمر در بافت‌های مختلف بدن حضور دارند و با تقسیم و تمایز یاخته‌های مرده را جایگزین و بافت‌های آسیب‌دیده را ترمیم می‌کنند. اغلب یاخته‌های بنیادی بزرگسال چندتوان یا تک‌توان هستند. یاخته‌های بنیادی خون‌ساز، یاخته‌های بنیادی عصبی و یاخته‌های بنیادی مزانشیمی مثال‌هایی از یاخته‌های بنیادی بزرگسال هستند.

تقسیم یاخته‌های بنیادی

ویژگی عمومی همهٔ یاخته‌های بنیادی، «خودنوزایی» آن‌ها از طریق تقسیم میتوز است. به این صورت که یکی از دو یاختهٔ دختری حاصل از تقسیم هر یک از یاخته‌های بنیادی، همانند یاختهٔ مادر باقی می‌ماند و دیگری وارد مسیر تمایز می‌شود. یکی از معروف‌ترین مثال‌ها در این مورد، تشکیل لنفوسیت تی خاطره در کنار پلاسموسیت حاصل از تقسیم یک لنفوسیت بی فعال شده‌است.

سازوکاری که تعیین می‌کند کدام یاخته تمایز پیدا کند؛ می‌تواند برونگرا یا کاملاً درونی باشد. برای مثال در یاخته‌های بنیادی خون‌ساز این سازوکار برون‌گراست. به این معنا که از دو یاختهٔ دختر حاصل از تقسیم، یاخته‌ای که با استخوان‌تنده (استئوبلاست) ارتباط دارد؛ تمایزنیافته باقی می‌ماند. در بعضی یاخته‌ها این سازوکار درونگراست. در این گونه یاخته‌های بنیادی هنگامی که دو یاختهٔ دختر، هنوز کاملاً جدا نشده‌اند؛ پروتئین‌هایی به یکی از آن‌ها منتقل می‌شوند و سرنوشتِ یاخته را به‌سوی تمایز می‌برند.

ساخت یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایزیافته

پژوهش‌هایی که دربارهٔ ویژگی‌های اساسی یاخته‌های بنیادی انجام شد؛ امکان ایجاد نظریه‌هایی دربارهٔ شیوهٔ ساخت یاخته‌های بنیادی از یاخته‌های تمایزیافته را به‌وجود آورد. در یکی از پژوهش‌های اولیه در این باره، John B. Gurdon با یک آزمایش کلاسیک در سال ۱۹۶۲ نشان داد که تمایز یک پدیدهٔ برگشت‌پذیر است. در این آزمایش؛ گوردون هستهٔ یک یاختهٔ بالغ روده را در یک زیگوت قورباغه که هستهٔ آن خارج شده بود، ادغام کرد و مشاهده کرد که مراحل تمایز، با موفقیت انجام می‌شود. پژوهش‌های جدید زیست‌شناسی مولکولی نشان دادند که یاخته‌های بنیادی «پرتوان» دو ویژگی اصلی دارند. اول این‌که ساختار کروماتین در هستهٔ آن‌ها فشرده نیست (یوکروماتیک هستند). دوم این که یک تعادل خاص بین فاکتورهای رونویسی و ساختار کروماتین آن‌ها برقرار است. به‌عبارتی ساختار کروماتین (که با ایجاد تغییرات اپی‌ژنتیکی روی پروتئین‌های کروماتین، قابل تغییر است) روی بیان ژن فاکتورهای رونویسی تأثیر دارد. در سال ۲۰۰۶، شینیا یاماناکا (Shinya Yamanaka) موفق شد با بیان مصنوعی ژن‌های تعداد محدودی فاکتورهای رونویسی نظیر Oct3/4, Sox2, Nanog یاخته‌های بالغ دست‌نخورده را به یاخته‌های نابالغ بنیادی تبدیل کند. تلاش‌های این دو فرد، جایزهٔ نوبل فیزیولوژی/پزشکی سال ۲۰۱۲ را به خود اختصاص داد.^[۱۷]

افق‌های درمانی

در بیماریی‌هایی که در آن یاخته‌ها دچار آپوپتوز غیرعادی شده یا به مرور زمان دچار نقص در کارکرد می‌شوند یا با حمله دستگاه ایمنی از بین می‌روند؛ به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی، افق‌های درمانی تازه‌ای را محقق خواهد کرد.

• پارکینسون: در این بیماری، نورون‌های سازندهٔ دوپامین در قسمت توده سیاه مغز از بین می‌روند. با جایگزین کردن یاخته‌ها می‌توان به بهبودی بیمار کمک کرد. به عبارتی اگر نورون‌های تولیدکنندهٔ میانجی‌های عصبی دوپامین را بتوان در محیط کشت ایجاد کرد، احتمال درمان افراد مبتلا به پارکینسون فراهم می‌شود چون این بیماران اغلب این نورون‌ها را از دست داده‌اند.
• دیابت گونۀ یک: یاخته‌های β در جزایر لانگرهانس پانکراس مورد حملهٔ دستگاه ایمنی قرار گرفته و از بین می‌روند. در نتیجه توانایی بدن در ساخت انسولین از بین رفته و درصورت عدم تزریق خارجی، بیمار زنده نخواهد ماند. با بازسازی و جایگزینی این یاخته‌ها مشکلات بیماران دیابتی حل خواهد شد.
• آلزایمر: در نتیجهٔ تجمع پروتئین tau (مرتبط با ریزلوله‌های اسکلت یاخته) در داخل یاخته‌های عصبی و تجمع پروتئین بتا-آمیلوئید در خارج یاخته‌ها، توانایی آن‌ها در انتقال پیام عصبی کاهش یافته و بیمار با مشکلات حافظه و سایر مشکلات عصبی مرتبط روبه‌رو خواهد شد. در مراحل مختلف این بیماری، تعداد زیادی از یاخته‌های درگیر، دچار آپوپتوز می‌شوند. با جایگزین شدن یاخته‌های عصبی از بین رفته؛ بهبود قابل ملاحظه‌ای در وضعیت این بیماران انتظار می‌رود.
• سکتۀ مغزی: در اثر ایجاد لختۀ خونی و در نتیجهٔ از بین رفتن بخشی از بافت مغز به‌علت نرسیدن اکسیژن اتفاق می‌افتد.
• بیماران قلبی: توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به‌سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کنندۀ دستگاه ایمنی، از روش پیوند یاخته‌های بندناف به‌عنوان یک روش کمکی استفاده کرد.
• بیماران کبدی: اکنون اگر بیماری دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است برای جلوگیری از انتشار سرطان (متاستاز) به بخش‌های دیگر بدن، بخش سرطانی کبد را نابود کند. برای این منظور معمولاً طی دو عمل جراحی هم‌زمان، خون ناحیه سرطانی کبد را قطع می‌کنند تا بافت آن را بازسازی کنند.
• درمان قرنیه: هم‌اکنون پروژهٔ به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی جهت درمان مشکلات قرنیۀ چشم در پژوهشگاه رویان در حال پیگیری می‌باشد.
• مشکلات چون فلج نخاعی، سوختگی، آرتروز، روماتیسم مفصلی و …
• درمان بیماری‌های دهان و دندان: پژوهش‌های گسترده‌ای در زمینهٔ درمان آسیب‌های وارده به بافت صورت و غدد بزاقی با به‌کارگیری یاخته‌های بنیادی در مرحلهٔ آزمایشگاهی در حال انجام است که نتیجهٔ حاصل از آن می‌تواند جایگزین مواد مصنوعی شود.^[۱۸]

جستارهای وابسته

• فهرست انواع سلول‌های انسانی مشتق شده از لایه زایا

منابع

1. MacPherson, Colleen. "The Accidental Discovery of Stem Cells". USask News. University of Saskatchewan. Retrieved 3 December 2019.
2. Gilbert, Scott F. (2014). Developmental Biology. Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-978-7.^{[کدام صفحه؟]}
3. Becker AJ, McCulloch EA, Till JE (February 1963). "Cytological demonstration of the clonal nature of spleen colonies derived from transplanted mouse marrow cells". Nature. 197 (4866): 452–454. Bibcode:1963Natur.197..452B. doi:10.1038/197452a0. hdl:1807/2779. ISSN 0028-0836. PMID 13970094. S2CID 11106827.
4. Siminovitch L, McCulloch EA, Till JE (December 1963). "The distribution of colony-forming cells among spleen colonies". Journal of Cellular and Comparative Physiology. 62 (3): 327–336. doi:10.1002/jcp.1030620313. hdl:1807/2778. PMID 14086156. S2CID 43875977.
5. Müller AM, Huppertz S, Henschler R (July 2016). "Hematopoietic Stem Cells in Regenerative Medicine: Astray or on the Path?". Transfusion Medicine and Hemotherapy. 43 (4): 247–254. doi:10.1159/000447748. PMC 5040947. PMID 27721700.
6. Ralston, Michelle (17 July 2008). "Stem Cell Research Around the World". Pew Research Center's Religion & Public Life Project.
7. Tuch, B. E. (September 2006). "Stem cells: a clinical update". Australian Family Physician. 35 (9): 719–721. PMID 16969445. ProQuest 216301343.
8. Ramalho-Santos, Miguel; Willenbring, Holger (June 2007). "On the Origin of the Term 'Stem Cell'". Cell Stem Cell. 1 (1): 35–38. doi:10.1016/j.stem.2007.05.013. PMID 18371332.
9. «Stem Cell Categories». بایگانی‌شده از اصلی در ۳ اکتبر ۲۰۱۴. دریافت‌شده در ۲۵ اوت ۲۰۱۴.
10. Boyer LA, Lee TI, Cole MF, Johnstone SE, Levine SS, Zucker JP, Guenther MG, Kumar RM, Murray HL, Jenner RG, Gifford DK, Melton DA, Jaenisch R, Young RA (September 2005). "Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells". Cell. 122 (6): 947–956. doi:10.1016/j.cell.2005.08.020. PMC 3006442. PMID 16153702.
11. Adewumi O, Aflatoonian B, Ahrlund-Richter L, Amit M, Andrews PW, Beighton G, et al. (The International Stem Cell Initiative) (July 2007). "Characterization of human embryonic stem cell lines by the International Stem Cell Initiative". Nature Biotechnology. 25 (7): 803–816. doi:10.1038/nbt1318. PMID 17572666. S2CID 13780999.
12. Gonçalves NN, Ambrósio CE (2015-09-28). "Mesenchymal and induced pluripotent stem cells: general insights and clinical perspectives". Stem Cells and Cloning: Advances and Applications. 8: 125–134. doi:10.2147/SCCAA.S88036. PMC 4592031. PMID 26451119.
13. «اگزوزوم سلول بنیادی». دریافت‌شده در ۲۰۲۴-۱۱-۱۶.
14. Caplan AI (September 1991). "Mesenchymal stem cells". Journal of Orthopaedic Research. 9 (5): 641–650. doi:10.1002/jor.1100090504. PMID 1870029. S2CID 22606668.
15. Krasilnikova, O. A.; Baranovskii, D. S.; Lyundup, A. V.; Shegay, P. V.; Kaprin, A. D.; Klabukov, I. D. (2022-04-27). "Stem and Somatic Cell Monotherapy for the Treatment of Diabetic Foot Ulcers: Review of Clinical Studies and Mechanisms of Action". Stem Cell Reviews and Reports. 18 (6): 1974–1985. doi:10.1007/s12015-022-10379-z. ISSN 2629-3277. PMID 35476187. S2CID 248402820.
16. «کشف شیوه سریعی برای تولید یاخته‌های بنیادی». سایت خبری بیتنا ۲۴. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۲ فوریه ۲۰۱۴.
17. «جایزه نوبل ۲۰۱۲ در پزشکی/فیزیولوژی».
18. 10 (۲۰۱۵-۱۲-۲۸). «سلول هاي بنيادي جايگزين مواد مصنوعي در درمان بيماري هاي دهان، فك و صورت». ایرنا. دریافت‌شده در ۲۰۲۴-۱۱-۱۶.

• Lippincott’s Illustrated Reviews: Cell and Molecular Biology (2010). ISBN 978-0-7817-9210-3.