دانلود مقاله کاربرد سلولهای

بخشی از مقاله

مقدمه
سلول هاي بنيادي سلول هاي اوليه اي هستند كه توانائي تبديل و تمايز به انواع مختلف سلول هاي انساني را دارند و از آنها مي توان در توليد سلول ها و نهايتا بافت هاي مختلف در بدن انسان استفاده كرد.
منابع اصلي سلول هاي بنيادي شامل: مغز استخوان، بندناف وجفت مي باشد.امروزه استفاده از ان سلول جهت ترميم بافتهاي آسيب ديده انساني درحال گسترش است.

جالب اينكه سلول هاي بنيادي چندپتانسيلي هستند يعني قابليت تبديل به بافت ها مختلف را دارند اعم از بافت عصبي، عضلاني، پوششي وغيره كه اين توانائي محور اصلي توجه به سلول هاي بنيادي است.
مزيت اصلي سلول ها بنيادي بندناف اين است كه بسيار اوله بوده و توان تمايز بالايي دارندهمچنن سلول هاي مشتق از مغز استخوان (BMCs) توان تمايز بالايي دارند.

سلول بنيادی چيست؟
سلول بنيادي سازنده بدن انسان است سلولهاي بنيادي درون جنين در نهايت به سلول بافت واندامهاي مختلف بدن جنين تبديل مي شوند.برخلا يك سلول معمولي كه قادراست با تكثير شدن چندين سلول از نوع خود را بوجودآوردسلول بنيادي همه منظوره و بسيارتوانمنداست ووقتي تقسيم شود، مي تواندبه هريك از انواع سلول ها در بدن تبديل شود.
سلولهاي بنيادي از قابليت خودنوسازي هم برخوردارند.سلولهاي بنيادي خود بر دو نوع هستند:
سلولهاي بنيادي جنيني وسلولهاي بنيادي بالغ.

سلولهاي بنيادي جنيني از جنين بدست مي آيند. يك جنين 3 تا 5 روزه حاوي سلولهاي بنيادي است كه به شدت در حال تكثير هستند تا اندامها و بافتهاي مختلف جنين را بسازندافراد بالغ نيز در قلب، مغز، مغزاستخوان، ريه ها و اندامهاي ديگر خود سلولها بنيادي دارند. اين سلولها مجموعه هاي دروني مخصوص ترميم هستند و سلولهايي كه براثر بيماري، مصدوميت كهولت سن صدمه مي بينند دوباره توليد مي كنند.
در اوايل دهه 1980 ميلادي دانشمندان نحوه قرارگرفتن سلول هاي بنيادي جنيني از موش وكشت آنها ا در آزمايشگاه فرا گرفتند و در سال 1998 براي اولين بار درسلولهاي بنيادي جنيني انسان را در آزمايشگاه توليد كردند اما اين سوال پيش مي آيد كه پژوهشگران جنين انسان را از كجا بدست مي آورند؟ جنين را مي توان با توليد مثل ، تلفيق اسپرم وتخمك يا شبيه سازي توليد كرد.

راههاي توليد جنين
توليد مثل
اين راه طبيعي توليد جنين است. تلفيق گامتها در شرايط آزمايشگاه پژوهشگران تمايل زيادي به توليد جنين از طريق تلفيق اسپرم وتخمك ندارند. با اين وجود بسيار از آنها جنينهاي بارور شده در كلينيكهاي بارورسازي استفاده م كنند گاهي اوقات زوجهايي كه نمي توانند بطورطبيعي بچه دار شوند و مي خواهند به شيوه مصنوعي صاحب فرزند شوند چندين جنين بارور شده توليد مي كنند كه همگي انها مورد استفاده قرار نمي گيرند. وجنينهاي اضافي را براي انجام تحقيقات علمي اهدا كنند.

كاربردسلول هاي بنيادي
استفاده سلول هاي بنيادي در cloning:
يك دودمان سلول بنيادي جمعيتي از سلول ها است كه مستمرا تقسيم شده و از بافت هاي انسان يا ديگر موجودات بدست مي آيد. محققين براي اهداف درماني وپژوهشي از سلول هاي بنيادي جنيني وبالغ استفاده مي كنند.
Tot potent: اين سلول ها توانايي تليد تمام سلول هاي مورد نا يك موجودزنده را داشته وعاقبت آنها مشخص نيست و براساس نياز، توانايي تبديل شدن ه هرسلولي را دارا مي باشند.

Pluripotent: انواع بسيار زيادي از سلول ها را توليد مي كنند ولي محدوديت داشته و قادر به تولد تمام بافت هاي مود نياز براي توسعه وتكامل جنيني نمي باشند.

Multipotent: توانايي آنها محدود به توليد تعداد خاصي از سلول ها به خصوص سلول هاي اختصاصي يك بافت بوده و تولد سلول هاي تمايز يافته يك افت را بر عهده دارند.

سلول هاي بنيادي جنيني:معمولا ا بلاستولا بدست مي آيند.بلاستولا كره توخالي است كه تقريبا 140 سلول تشكيل مي شود و در رحم لانه گزيني خواهد كرد سن بلاستولا حدود4-5 روز مي باشد. سلول هاي تشكيل دهنده آن به سطح داخلي كره چسبيده (inner cell mass) بوده و همه از نظر ژنتيكي يكسان مي باشند اين سلول ها همان سلول هاي بنيادي جنيني

بوده و آغاز كننده تكوين جنين مي باشند وپتانسيل تبديل شدن به هر نوع از بخش هاي بدن را دارند براي تهيه يك دودمان سلول هاي بنيادي جنيني، يك بلاستولا به سلول هاي منفرد تقسيم مي گردد. هر سلول منفرداهمراه با موادغذايي وفاكتورهاي رشد در محيط كشت قرار گرفته وشرايط تقسيم شدن براي آن فراهم مي آيد اين سلول ها تا زماني كه تحت

شرايط كنترل شده محيطي همراه با فاكتورهاي رشد مناسب براي جلوگيري از تمايز قرار گيرندبه تقسيم شدن ادامه مي دهند قدرت تقسيم اين سلول ها نامحدود بوده (دو سال در in vitro) وتقسيم بدون تمايز انجام مي دهند. سلول هاي Pluripotent بوده و خاصيت كاني زايي دارند جهت رشد در in vitro سلول هاي فيبروبلاست جنين جوجه رابه عنوان يك لايه تغذيه كننده نيا دارند اين سلول ها در حيوان آزمايشگاهي در محل ترزيق تراتوما ايجاد مي كنند تراتوما شامل عناصر سلولي

و مشتق از يك لايه رويشي اوليه بوده و هيچ كدام از بافت هاي موجود در آن قادر به ايجاد تومور نمي باشند. اين سلول ها فاقد check point 1G و restriction point 1G مي باشند وفعاليت تلومراز در آنها بالا مي بانشد از نظر ماركرهاي سلولي عامل رونويسي OCT4 را بيان مي كنند و اقد غيرفعال شدن كروموزوم X مي باشند. در حال حاضر براي تحقيق اكثر دودمانهاي سلولي از جنين موش بدست مي آيند در حال حاضر پژوهشگران در حال بررسي منابع ديگري براي تهيه سلول هاي بنيادي مي باشند; مثل:

1- سلول هاي بنيادي جنيني حاصل از جنين هاي IVF
2- سلول هاي بنيادي جنيني حاصل از therapeutic cloning (كلونيگ درماني)
دودمان هاي سلولهاي بنيادي بالغ: ان دودمان هاي از بافت هاي الغ مثل خون بندناف، خون محيطي مغزاستخوان و … بدست مي آيند. اين سلول هاي به تعداد بسيار كم در اين بافتها وجود دارند به طوريكه درمغز استخوان اين سلول ها به نسبت 15000/1 وجود داند. تعداد تقسيم آنها محدود بوده (2-3روز) و يك الي سه ظرفيتي بوده و قدرت plasticity (انعطاف پذيري) محدود دارند. احتياج به لايه تغذيه كننده نداشته و تراتوما تشكيل نمي دهند. ماركر OCT4 را بيان مي كنند و فاقد

check point 1G بوده و فعاليت تلومرازي بالا دارند در اكثر تحقيقاتي كه بر روي اين نوع سلول ها انجام مي شوند از سلول هاي بنيادي ارگانيزم هاي مدل استفاده مي گردد زيرا بدست آوردن سلول هاي بنيادي بالغ از انسان نيا به روشهاي جراحي دارد.

روش تهيه اين نوع سلول ها: سلول هاي بنيادي از مغز استخوان موش استخراج شده و به محيط كشت منتقل مي شوند بعد سلول ها شروع به تقسيم كرده و دودمان سلولي ايجاد مي شود. براي تهيه انواع سلول ها اين دودمان را درمحيط هاي خاصي مي توان كشت داد وسلول هاي مخصوص آن محيط را بدست آورد. سلول هاي بنيادي زاياي جنيني :منشا ان سلول ها، سلول هاي زاياي جنيني و برجستگي گنادهاي جنين 10-5 هفته اي مي باشد. سلول هاي بنيادي در اين بافتها به مقدار فراوان وجود داشته و تا مادامي كه نياز نباشد تقسيم نمي شوند قدرت تقسيم آنها از نظر محدوديت در حد متوسط

(70-80 تقسيم) بوده و تقسيم بدون تماي انجام مي دهند سلول هاي Pluripotent وclonogenic بوده ولي تراتوما ايجاد نمي كنند شرايط وعوامل محيطي در سرنوشت اين سلول ها (هم در in vitroو هم درin vivo)موثر بوده و همانند دو سلول بنيادين قبلي نشانگر OCT4 را بيان و فاقد check point 1G بوده وفعاليت تلومراز در اين سلول ها نيز بالا مي ب

اشد در جدول ه برخي ا معايب ومزاياي سلول هاي بنيادي جنيني و بالغ زير اشاره شده است سلول هاي بنيادي بالغ
رشد سلول هاي بنيادي علاوه برشرايط محيط كشت به شرايط بستر(matrix) يا micro environment اين سلول ها نيز بستگي دارد. يكي از اين عوامل سلول هاي موجود دربستر است كه با ايجاد فرورفتگي ها به عنوان آشيانه اي براي لانه گزيني سلول هاي بنيادي نقش مهمي را ايفا مي كنند. ضمنا اين سلول ها در كنترل توليد مجدد و خودسازي سلول هاي بنيادي در in vitro نقش اساسي دارند.اين فرورفتگي هاي بستر به عنوان انكوباتورهاي براي محافظت اين سلول ها و جمعيت سلول هاي بنيادين جنيني عمل مي كنند مكانيسم ملكولي اين عوامل و فرورفتگي هاي بستر دررشد تكثير وحفظ سلول هاي بنيادي به واسطه تركيبات بيوشيميايي وعوامل زير مي باشد:
1- ماتريكس خارج سلولي به علت داشتن يك سري پروتئين ها وسوبستراها وليگاندهاي مختلف از جمله اينتگرين ها نقش مهمي در هدايت ولانه گزيني سلول هاي بنيادي در اين حفرات دارند.
2- فاكتورها وعوامل مترشحه از سلول هاي مجاور وهمسايه در روند هدايت اختصاصي سلول هاي بنيادي به يك بافت هدف واختصاصي نقش كليدي دارند.
3- تماس سلول – سلول اعث متعهد بودن يك سلول بنيادين در لانه گزيني و رشد وتكثير ان مي شود.
4- فاكتورهاي دروني سلول هاي بنيادي كه در لانه گزيني اين سلول هاموثرند شامل يك سري پروتئين هاي تنظيمي بيان ژنهاي خاص وتغييرات كوموزومي وساعت زيستي اين سلول ها و … مي باشند. از مهمترين كاربردهاي سلول هاي بنيادي cloning و درمان مي باشند. محققين از دو مدل پايه اي براي توسعه دادن درمان با سلول هاي بنيادي استفاده مي كنند:
1-اكثر آزمايشات اوليه با استفاده از سلول هاي بنيادي كشت شده انجام مي شوند اين سلول ها از نمونه هاي بافتي يا جنيني انسان يا ارگانيزم هاي مدل بدست مي آيند.

2-روش هاي درماني ابتدا در حيواناتي مثل موش و رت قبل از استفاده در انسان انجام مي شونداكثر روش هاي درماني كه به كمك سلول هاي بنيادي انجام مي شوند مبتن بر روش هاي clining مي باشند در درمان با سلول هاي بنيادي از سلول هايي استفاده مي شود كه توسط شخص ديگري اهدا شده اند و اين امر احتمال پس زدن سلول ها را توسط فرد گيرنده افزايش مي دهد براي جلوگيري از اين پديده از سلولهاي بنيادي خودي استفاده مي شود مثلا به روش هاي زير سلول هاي بنيادي بالغ سالم از فرد بيمار جمع آوري شده و در آزمايشگاه آنها را براي توليد بافت جديد دستكاري مي كنند واين بافت دوباره به بدن فرد بيمار پيوند زده مي شود.

Therapeutic cloning: سلولهاي بنيادي جنيني تهيه مي شوند كه از نظر ژنتيكي با فرد بيمار يكسان مي باشند. دستكاري سلول هاي بنيادي در درون بدن: مثلا دارويي طراحي مي شود كه بعضي سلول هاي بنيادي خاص را وادار مي كند تا در دن بيمار، عملكرد از دست رفته را باز يابند در اين روش به عمل جراحي و پيوند هيچ نيازي نمي باشد. البته روش هاي گفته شده تاكنون در مورد انسان به طور قطعي استفده نشده اند ولي درآينده نزديك اين آزمايشات حتما به ثمر خواهند نشست.

پلاستيسيته: سلول ها از مكان اوليه خود به ارگان ديگر مهاجرت كرده و ماهيت سلول هاي آن بافت يا ارگان را بدست مي آورند اين پديده در سلول هاي مغز استخوان (توانايي تبديل به سلول هاي كبدي وكليوي ) وسلول هاي مغز(توانايي تبديل به خون وماهيچه) ديده مي شود. در آينده ممكن است بتوان از اين خاصيت براي انجام روش هاي درماني جديد به كمك سلول هاي بنيادي استفاده كرد البته هنوز مشخص نشده كه آيا اين نوع سلول ها واقعا مي توانند مانند سلول هاي طبيعي بافت عمل كنند يا خير. روش هاي cloning كه براساس استفاده از سلول هاي بنيادي مي باشند به طوركلي به دو دسته تقسيم مي شوند.
1- Therapeutic cloning2-reproductive cloning بعضي اهداف cloning را مي توان به شرح زير بيان كرد:
** اهداف پزشكي: اين هدف سودمندترين هدف cloning مي بادش. چگونگي استفاده زا cloning در پزشكي عبارت است از :

1- كلون كردن حيوانات مدل براي بررسي بيماري هاي اكثر چيز كه محققين در مورد بيماري هاي انسان مي دانند از مطالعه حيوانان مدل مثل موش بدست آمده است اغلب حيوانات مدل مهندسي مي شوند تا دچار يك بيماري خاص گردند. ايجاد اين حيوانات ترانس ژن زمان بر بوده و نياز به آزمايش وخطا و چندين نسل توليد مثل دارد. به كمك تكنيك هاي cloning مي توان زمان لام براي تهيه اين حيوانات را كاهش داد.

2- كلون كردن سلول هاي بنيادي براي تحقيق: سلول هاي بنيادي اجزاء تشكيل دهنده بدن مي باشند كه مسئول نمو، حفظ وترميم بدن مي باشند در نتيجه مي توان از آنها براي ترميم ارگانها و بافتهاي بيمار يا تخريب شده استفاده كرد.

3- تهيه دارو: حيواناتي مثل گاو وگوسفند و بز براي توليد داروها وپروتئين هاي مفيد در پزشكي مهندسي ژنتيك مي شوند در اين مورد نيز كلون كدن روشي سريع و جديد براي ايجاد اين گونه حيوانات مي باشد. حمايت از گونه هاي در خطر ومنقرض شده. كلون كردن انسان. براي درك بهتر روش هاي cloning ابتدا بايد به شرح تكنيك SCNT (somatic cell nuclear transfer) بپردازيم: SCNT: به معني انتقال دادن هسته يك سلول سوماتيك به سيتوپلاسم يك تخمك مي باشد اما به طور كل به جابه جا كردن هسته دو سلول را SCNT مي گويند. SCNT در دوزيستان به راحتي انجام مي شود اما در پستاندان به علت اندازه كوچك تخمك اين كار مشكل ت مي باشد تخمك پستانداران در متافاز II ،1% تخمك دوزيستان است بنابراين قبل از اينكه SCNT در پستانداران بتواند با موافقت انجام شود تكنيك هايي لازم است تا با دستكاري تخمك بتوان هسته آن را خارج كرده و تخمك را با يك سلول سوماتيك تركيب كرد. اين تكنيك ها در اواخر دهه 1960 واوايل 1970 ابداع شدند.

سلول بنيادي در پستانداران به سلولي گفته مي شود كه قابليت تقسيم شدن و تبديل به سلول هاي تخصص يافته و تمايز را دارا باشد . تخمك لقاح يافته اين توانايي را در حد بالايي داراست،زيرا بالقوه م يتواند تقسيم شود و به صورت يك موجود زنده كامل تكوين يابد. تخمك لقاح يافته چند ظرفيت زاست بدين معني كه از هر نظر توانايي رشد و تكامل را دارد.
سلول هاي بنيادي براي ترميم آسيب هاي سكته
دانشمندان براي جبران نابودي سلول اي عصبي پس از سكته مغزي به شيوه اي دست يافته اند كه از توانيي بدن براي ترميم خود استفاده ميكند.
روزنامه گاردين م ينويسد پروفسور رونالد مك كي از موسسه ملي اختلالات عصبي و سكته مغزي در مريلند امريكا در ازمايشي روي سلول هاي بنيادي بالغ در مغز موش ها موفق شد يك مولكول گيرنده به نام Notch را روي اين سلول ها تحريك كند و متوجه شد كه به دنبال آن مجموعه اي از واكنش ها به راه مي افتدكه به توليد سلول هاي مغزي جديد م يانجامد.موش هاي دچار سكته مغزي كه به اين ترتيب درمان شده بودند در مقايسه با موش هاي درمان نشده به ميزان كمتري در حالت فلج باقي م يماندند.موش هاي ازمايشگاهي براي شبيه سازي اثرات سكته مغزي در شرايط محروميت از اكسيژن قرار داده م يشوند، سكته هاي مغزي با نابود كردن سلول هاي مغزي باعث علائمي مانند فلج حركتي م يشوند. مك كي كه مقاله تحقيقاتي اش در نشريه نيچر چاپ شده م يگويد: ((گيرنده Notch در همه با فت هاي بدن داراي اثرات مهمي است و ممكن است در پاسخ هاي سلول ها د ردستگاه هاي عروقي ، ايمني و عصبي نقش داشته باشد )) اين تكنيك كار بردهاي زياديدر پژوهش هاي سلول بنيادي دارد. در مان ها در اين حوزه به علت مشكلات د راستفاده از نتايج تجربيات آزمايشگاهي روي كشت هاي سلولي براي تا ثير بخشي در بدن حيوانات زنده با مانع رو برو بوده است. كار مك كي نشان دهنده راهي براي استفاده از سلول هاي بنيادي خود بدن براي بر انگيختن روند ترميم است.

سلول هاي بنيادي بالغ
سلول هاي بنيادي بالغ ، سلول هاي تمايز نيافته اي هستند كه بين سلول هاي تمايز يافته تبديل شوند. در نتيجه كار انها بقا و تعمير بافتي است كه در ان يافت م يشوند. بر خلاف سلول هاي ES كه منشا سلول هاي بنيادي بالغ در يك بافت ، نامشخص است. تاريخچه كشف سلول هاي بنيادي بالغ به 45 سال پيش بر مي گردد. در سال 1960 ميلادي ، پژوهشگران متوجه شدند كه مغز استخوان داراي دو نوع جمعيت سلول بنيادي است: ( hematopoietic stem cell ) hcs كه انواع سلول

هاي خوني را م يسازد. و ديگري ( ( bone marrow stromal cell كه جمعيت سلولي ملوطي هستند كه استخوان ، غضروف ، چربي و بافت همبند را مي سازد. در همين سال ها در مغز نيز سلول هايي يافت شده اند كه قادر به تبديل يه سلول هاي عصبي بودند و سه نوع سلول آستروسيت ، اليگوندروسيت و نرون را توليد م يكردند.سلول هاي بنيادي بالغ در بسياري از بافت ها و اندام ها ديده شده اند . يك نكته مهم در مورد آنها اين است كه تعداد بسيار كمي از انها در هر بافت وجود دارد و در

هر بافتي در يك مكاني به صورت Quiescent ( بدون تقسيم ) براي سال ها و تا زماني كه توسط يه بيماري يا اسيب بافتي دوباره فعال شوند باقي مي مانند. بافت هاي بالغي كه داراي سلول هاي بنيادي اند شامل مغز، مغز استخوان، خون محيطي، رگ هاي خوني، عضلات اسكلتي، پوست و كبد هستند. امروزه سعي بر كشت اين سلول ها براي توليد تيپ هاي سلولي خاص براي درمان بيماري ها ي مختلف است . بسته به نوع استفاده از دو تيپ سلول ES ها و سلول هاي بنيادي بالغ ، هر يك داراي شماري مزيت ها و معايب هستند. توانايي آنها براي توليد تعداد و نوع سلول هاي تمايز از تفاوت هاي انها محسوب م يشود. ESقادر است به همه انواع سلول هاي بدن تبديل شود. اما نوع بالغ تنها قادر است به چند نوع سلول ان هم سلول هاي بافتي كه از ان منشا گرفته استتبديل شود. كشت ES ها به راحتي در مقياس وسيع امكان پذير است . اما تعداد سلول هاي بنيادي بالغ ، د ربافت هاي بالغ محدود است و روش هاي گسترش و افزايش تعداد آنها در محيطكش

ت هنوز چندانبهبود نيافته اند. سلول هاي بنيايدي بالغ در محيط كشت تمايل به تمايز دارند. به هنگام گسترش كشت انها ، بايد مرتب سلول هاي متمايز يافته را جدا كرد. زيرا تيپ هاي سلولي خاص و توليدات آنها ممكن است موجب مهار كشت سلولي شود.در نتيجه تمايز سلول ها موجب انقراض كشت م يشود. در واقع پژوهشگران قادر نيستند كه محيطيس دقيقا همانند با محيطي كه سلول هاي بنيادي در مجحيط زنده دارند درست كنند. بر خلاف ES ها كه بزرگترين چالش انها ،

كنترل تمايز انها به يك رده خاص است در مورد سلول هاي بنيادي بالغ، بزرگترين چالش به دست اوردن سيستم هاي كشت مناسب است كه قادر باشد به طور پيوسته گستره هاي آنها را توليد كند. مهم ترين استفاده و مزيت سلول هاي بنيادي بالغ اين است كه مي توان آنها را از خود بيمار گرفت د رمحيط كشت، رشد داد سپس دوباره به بيمار باز گرداند. در نتيجه ديگر توسط سيتم ايمني دفع نمي شود . اما ES ها دفع را نشان م يدهند. اين كار ، البته هنوز د رانسان آزمايش نشده است.