کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه پزشکی
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان (ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره | ۶۵ |
کد مقاله | MDSN65 |
مترجم | گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh |
نام فارسی | چالش های آتی برای کاربرد بالینی سلول های با قابلیت برنامه ریزی مجدد |
نام انگلیسی | The Future Challenges for the Clinical Application of Reprogrammed Cells |
تعداد صفحه به فارسی | ۲۰ |
تعداد صفحه به انگلیسی | ۴ |
کلمات کلیدی به فارسی | برنامه ریزی مجدد سلولی, iPSC رتبه بالینی, سلول های بنیادی پرتوان القایی, پاسخ ایمنی, زیست مهندسی ارگان / اعضای بدن |
کلمات کلیدی به انگلیسی | Cell reprogramming, Clinical grade iPSC, Immuneresponse, Organ bioengineering |
مرجع به فارسی | ژنتیک انسان و رویان شناسیدپارتمان علوم فیزیولوژی، لابراتوآر پرتوانی، کالج پزشکی، دانشگاه بارسلون، اسپانیابیمارستان کودکان وستمید، دانشگاه پزشکی سیدنی، استرالیا |
مرجع به انگلیسی | Human Genetics & Embryology; HGEC, an open access journal; ontrol of Pluripotency Laboratory, Department of Physiological Sciences I, Faculty of Medicine, University of Barcelona, Hospital Clinic, CasanovaBarcelona, Spain; Western Sydney Genetics Program, The Children’s Hospital at Westmead, Disciplines of Paediatrics & Child Health and Genetic Medicine, Sydney Medical School, University of Sydney, Australia |
کشور | اسپانیا – استرالیا |
چالش های آتی برای کاربرد بالینی سلول های با قابلیت برنامه ریزی مجدد
چکیده
پیشرفت های اخیر در رشته سلول های سوماتیک با قابلیت برنامه ریزی مجدد سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) سبب شده است تا چنین رشته ای شاهد پیشرفت قابل ملاحظه ای در ارتباط با کاربردهای بالینی در آینده باشد. البته تعدادی از چالش های باقیمانده را می بایست قبل از بکارگیری بالینی سلول های بنیادی قابل برنامه ریزی دوباره حل نمود. مسایل مطرح شده اصلی در این مبحث کنترل خطر سرطان، کنترل تمایز وظایف در ارتباط با سلول های بنیادی بافتی یا ارگان های بدنی و چگونگی پاسخ ایمن سلول های حاصل آمده از iPSC می باشند. کاربرد آتی iPSC ضروریت عاری بودن این نوع از سلول ها از هرگونه بیماری سرطان و عدم قابلیت تکثیر همراه با قابلیت جایگیری آنها در یک منطقه خاص تزریقی، برای تولید مجدد بافت، را مطرح می سازد. این مبحث پیشرفت های اخیر در ارتباط با چالش های اصلی رشته برنامه ریزی دوباره سلولی را مخاطب قرار می دهد.
کلمات کلیدی: برنامه ریزی مجدد سلولی، iPSC رتبه بالینی، سلول های بنیادی پرتوان القایی، پاسخ ایمنی، زیست مهندسی ارگان / اعضای بدن
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد
ایجاد سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) ایمن با کیفیت بالینی بالا
اولین روشی که در ارتباط با ایجاد iPSC انسانی به کار گرفته شده است در حقیقت نوعی سیستم ناقل رترویروسی بشمار می آید که البته از احتمال بروز ریسک فعال سازی مجدد تراژن و جهش زایی دخولی نیز برخوردار می باشد [۱]. متعاقباً گروه های بسیاری از راهکارهای یکسانی جهت برنامه ریزی مجدد سلول ها به منظور پرتوان سازی آنها استفاده نمودند [۲ ـ ۴]. پس از آن تحقیقات انجام شده غالباً بر روی جستجوی راهکارهای مختلفی جهت القای فرایند پرتوانی بدون مشکل تغییرات ژنتیکی تمرکز داشته تا از فعالسازی مجدد تراژن ها جلوگیری به نموده و همچنین از ریسک بازترکیب ژنومی یا جهش زایی دخولی نیز ممانعت به عمل آید. برخی از این روش ها عبارتند از: آدنوویروسهای غیرادغامی [۵]، پلاسمید های بیانی [۶]، ناقل های اپیزومی [۷]، ترانهش پیگی بگ / piggy Bac [8]، ویروس سندای [۹]، رساندن مستقیم پروتئین های مجدداً برنامه ریزی شده [۱۰]، mRNAs اصلاح شده سنتزی [۱۱]، ترکیبات شیمیایی [۱۲] و رپلیکون های RNA خود تکثیر [۱۳].
با وجود آن که محدوده گسترده ای از روش ها به طور موفقی قابلیت برنامه ریزی مجدد سلول های سوماتیک با یک حالت پرتوانی را داشته اند، تنها سه روش به نظر برای برنامه ریزی مجدد سلول های بیماران به منظور سلول درمانی مناسب می باشند که عبارتند از: ویروس ، mRNA و ناقل های اپیزومی.
به طور قابل توجه، اولین مطالعه بالینی انسانی که برای درمان های پیوند iPSCs (سلول های RPE) در ژاپن به وسیله محقق سلول های بنیادی Masayo Takahashi انجام شده است، و در آن از استراتژی ناقل اپیزومی استفاده نموده است. کلیه این سه روش قابلیت حذف ریسک ادغام ژنومی و جهش زایی دخولی را داشته و از نقطه نظر فنی، علمی و اخلاقی قابل پیاده سازی می باشند.
در خلال سالیان اخیر تمرکز بیشتری بر روی ایجاد راهکار برنامه ریزی مجدد به صورت کارآمدتر به جای ارتقای کیفیت iPSC مبذول داشته شده است. تحقیقات اخیر به وسیله Rais و همکاران انجام شد که در آن اقدام به حل چالش عدم کارآمدی برنامه ریزی این مورد با مشخص سازی چنین پدیده ای شد که ناکدان تغییر دهنده اپی ژنیک، پروتئین ۳ ـ پیوند دهنده متیل (Mbd3) در ترکیب با ویژگی های مرتبط با فراهم آوری چهار عامل Oct4، Sox2، Klf4 و cMyc منجر به تقریباً ۱۰۰ % برنامه ریزی مجدد سلول های سوماتیک در iPSC می گردد [۱۴]. با این وجود، همانگونه که به وسیله نویسندگان خاطرنشان شده است، در صورت افزایش ناکدان Mbd3 کیفیت iPSC را می بایست تست نمود.
کیفیت انواع سلول های متمایز که می بایست آنها را برای درمان جایگزینی سلولی به کار گرفت منوط به کیفیت مواد آغازین می باشد. به منظور ایجاد iPSC دارای کیفیت بالا، بهترین روش کاربرد روش های تراآلودگی RNA تغییریافته با استفاده از Oct4 و Sox2 با فاکتورهای پرتوانی در یک نوع سلول می باشد که قابلیت حذف کاربرد Klf4 و c-Myc آنکوژنی را داشته باشد؛ بعلاوه می توان از نوعی رسانه مشخص شده که فاقد هر نوع عامل خارجی باشد، با شرایط رشد سلول رتبه GMP نیز استفاده نمود [۱۵ ـ ۱۷]. ایجاد یک پروتکل جهت تولید GMP رتبه ـ iPSC ایمن در زمان نگارش این مقاله هنوز امکان پذیر نمی باشد.
خطر سرطان از iPSC و سلول های منتج شده از آن به صورت گسترده از مدل های آزمایشگاهی بر روی موش ها مورد بررسی قرار گرفته است [۱۸ ـ ۲۱]. مطالعات قبلی اقدام به مقایسه سلول های بنیادی جنینی (ESC) و iPSC نموده و مشخص ساخته اند که سلول آغازین و پروتکل متمایز کننده در خصوص مشخص سازی خطر سرطان iPSC حیاتی هستند [۲۰]. مطالعات دیگری نیز نسبت به مقایسه ESC با iPSC اقدام نموده و یک امضای بیان ژن متمایزی را بین آنها مشخص ساختند، که دربردارنده چرخه سلولی است، چنین موردی به عنوان یک عامل تنظیم کننده مهم سرطان به شمار می آید [۲۱]. IPSC نیز به نظر دارای پتانسیل تومور زایی بالایی در مقایسه با سلول های ES می باشد [۲۰ ، ۲۱]. این مورد نیز پیشنهاد شده است که iPSC چهار عامله دارای پتانسیل تومورزایی بیشتری در مقایسه با iPSC سه عامله می باشد. بنابراین، جستجو برای عامل های پرتوانی با قابلیت جایگزینی Klf4 و c-Myc، و خطوط سلولی با قابلیت برنامه ریزی مجدد با Oct4 و Sox2 به طور صرف، مورد مطالعه قرار گرفته است [۱۵، ۲۳]. کاربرد این عوامل پرتوانی جدید به منظور ایجاد iPSC عاری از سرطان و حصول نسلی متمایز همچنان نیازمند تست و آزمایش می باشد، اما انتظار می رود که چنین موردی کمتر از کاربرد چهار عامل متعارف شامل آنکوژن های c-Myc و Klf4 می باشد. آزمایش خطوط iPSC با توجه به ظرفیت آنها جهت القای تومورهای سالم را نیز می بایست بصورت مورد به مورد قبل از کاربرد نوع سلول در آزمایشات بالینی مورد بررسی قرار داد.
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد
پروتکل های کارآمد تمایز سلولی
یک درک نادرست همگانی در ارتباط با کاربرد فناوری iPSC آن است که iPSC را می بایست برای درمان سلولی تزریق نمود. نوع سلول تزریقی حقیقتاً به عنوان سلول های اولیه متمایز iPSC به شمار آمده و ما نشان داده ایم که با کاهش ۱۰ برابری در تومورزایی iPSC متمایز شده، مترادف با سلول های بنیادی جنین، سر و کار داریم [۴ ، ۱۸]. این ایده که برخی از سلول های iPSC ممکن است پس از انجام عمل تمایز همچنان باقی مانند را می توان از طریق مرحله خالص سازی با استفاده از سیتومتری جریان مورد خطاب قرار داد و متعاقباً انجام آزمایشات “ضربه ای / اسپایک ” با اضافه نمودن ۱۰ الی ۱۰۰ iPSC به سلول های متمایز خالص سازی شده و تست ظرفیت توموزایی آنها در محیط طبیعی انجام می گردد. اخیراً این مشکل به صورت جایگزین با استفاده از حذف انتخابی این iPSCهای نانوگرم مثبت با استفاده از بازداری استئاراویل سی او ای دیساتیوراز (stearoyl-coA desaturase) مورد خطاب قرار گرفته است [۲۴]. این روش قابلیت القای آپوپتوز در iPSCهای باقیمانده تمایز زدایی نشده را خواهد داشت، اما از این قابلیت در کاردیومیوسیتهای حاصل شده از iPSC برخوردار نمی باشد. متعاقباً، با استفاده از یک مدل حیوانی، این کاردیومیوسیتها یا بافت های ماهیچه ای قلب قابلیت پیوند و تداوم زیست در یک نیوکاردیوم، یا ماهیچه قلب دچار مشکل انسدادی، را از خود نشان دادند. اما، با وجود آنکه خطر مرتبط با تومورزایی ـ iPSCها را می توان، به منظور ارتقای ایمنی پیوند سلولی حاصله از iPSC، مرتفع ساخت، این نوع از فرایند مداوا هنوز نیز نیازمند انجام عمل پیوند مقطعی و متوالی می باشد.
مسئله مهم دیگری که همچنان می بایست برای کاربرد سلول های متمایز iPSC مورد خطاب قرار داد مشخص سازی نوع سلول مسئول تولید مثل مجدد یک بافت می باشد. به طور مثال برای ترمیم ماهیچه قلب این مورد فرض می شود که یک کاردیومیوسیت کاملاً متمایز را می بایست به نوعی سلول ماهیچه قلبی «نسل اول / والد» تمایز زدایی نمود تا متعاقباً قابلیت تکثیر آن جهت ترمیم جراحت وجود داشته باشد [۲۵]. مشخصه ها و ویژگی های کاردیومیوسیت متمایز شده متعاقباً جهت دانستن آنکه کدام یک از انواع سلولی قابلیت تمایززایی iPSC را دارند مدنظر خواهد بود. چنین موردی برای بافت ها و ارگان های بدن انسان به کار گرفته می شود و در این راستا لازم است تا روش های تحقیقاتی اصلی نظیر دنبال نمودن نسل یا نیای اصلی، به منظور مشخص سازی انواع سلولی مسئول تولید مجدد مناسب بافت ها، را دنبال کرد. به طور مثال، نورون های مقلد دوپامین تخریب شده در بیماری پارکینسون خود ممکن است منشعب شده از بسیاری از انواع فرعی نورونی تخریب شده بیماری آلزایمر باشند و این احتمال وجود دارد که بتوان بطور خاص از این مورد برای تولید مجدد و احیای این ناهنجاری های فاسد کننده نورونها بهره جست.
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد
کاربردهای آتی: زیست مهندسی ارگان های بدن با iPSC
زیست مهندسی ارگان های بدن با استفاده از iPSC احتمالاً یکی از قدرتمندترین برنامه های مرتبط با کاربرد بالینی آتی می باشد که در آن قابلیت خطاب قرار دادن کمبودهای مرتبط بر مبنای ارائه لیست های مرتبط با پیوند عضو در سراسر جهان به وجود خواهد آمد. فرآیند زیست مهندسی ارگان های افراد بالغ از iPSC همچنان در سطح ابتدایی خود می باشد که لازم است تا نسبت به ایجاد عملکردهای کامل و مرتبط در زمینه پیوند عضو اقدام شود. با این حال، سه مقاله انتشار یافته اخیر، با ایجاد جوانه های کلیه- مانند، از گروه Juan Carlos Izpisua Belmonte، جهش های بزرگی را در این مسیر ارائه داده اند [۲۶].
با پیوند در موش، زیست مهندسی جوانه کبدی قابلیت ترمیم بیماری کبدی بوجود آمده بواسطه داروها را حاصل آورده است و این موضوع احتمالاً به عنوان بهترین مثال تا به امروز در ارتباط با ارگان های زیست مهندسی شده iPSC به حساب می آید [۲۷]. این روش شامل ترکیب iPSC متمایز شده با اندودرم هپاتیک و با ترکیب با سلول های بنیادی مزانشیمی و سلول های درون پوشه ای یا اندوتلیال بطنی انسانی می باشد. این ترکیب سلول ها متعاقباً در یک لایه ماتریژل دو بعدی قرار گرفته، و به صورت خودسازماندهی شده در یک قالب سیستم سه بعدی تحت عنوان جوانه های کبدی حاصله از iPSC ارائه می شود. این جوانه های کبدی قابلیت ایجاد آلبومین (پروتئین خاص کبدی) و متابولیز داروهای کیتوپروفن (ketoprofen) و دبریسوکوئین (debrisoquine) را خواهند داشت. وجود سلول های اندوتلیال بطنی در ترکیب سلول آغازین سبب ایجاد جوانه های کبدی حاصل آمده از iPSC همراه با رگ های خونی می شود که متصل به رگ های میزبان در یک بازه زمانی ۴۸ ساعتی پس از پیوند به موش خواهد شد. نویسندگان مشخص ساخته اند که سیستم های عروقی شکل گرفته جدید، همراه با ساختار سه بعدی، به نظر به عنوان موارد کلیدی برای پیوند توأم با موفقیت و بلوغ جوانه های کبدی به شمار می آیند [۲۷].
ارگانوئیدهای دماغی مشابه با ساختارهای مشاهده شده در اولین هشت هفته ایجاد مغز به وسیله کشت نورکتودرم حاصل آمده از iPSC انسانی در یک سیستم کشت سه بعدی ارائه شده است [۲۸]. این روش شامل iPSC می باشد که به صورت تفاضلی در مجموعه جنینی حاصل گردیده و متعاقباً به نورواکتودرم متمایز می شود. بافت نورواکتودرم نیز متعاقباً به یک سیستم سه بعدی با استفاده از قطرات مارتیژل به عنوان یک چارچوب کشت داده شده و متعاقباً به یک بیوراکتور انتقال می یابد. به طور قابل توجه بافت سه بعدی سبب ایجاد نواحی ناهمگن مشابه با مغز انسان خواهد شد. با وجود آنکه نویسندگان سعی در کاربرد چنین ارگانی و ساختار مربوط به آن برای تولید مجدد این اهداف نمی باشند، ارگانوئیدهای مغزی قابلیت به ارث بری ویژگی های پوستی یا غشائی انسانی را خواهد داشت [۲۸]. با توجه به آنکه مغز موش و انسان دارای ساختارهای کاملاً پیچیده ای می باشد، نویسندگان این موضوع را پیشنهاد می نمایند که این ارگانوئیدها را می توان به عنوان کاندیدهای مناسب برای مطالعه مغز انسانی و همچنین مدلسازی پاتولوژی مغز به کار گرفت.
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد
ارزیابی واکنش ایمنی با فرآیند درمانی سلولی اتولوگ
یکی از مزیت های اصلی محتمل فناوری iPSC برای کاربردهای بالینی پتانسیل استفاده سلول اتولوگ یا سلول مشتق از خود و همچنین فرایند درمان پیوند ارگان بدن می باشد، که سبب حذف نیاز جهت داروهای مهارکننده سیستم ایمنی و تأثیرات جانبی آن می شود. به علاوه این مورد مد نظر است که iPSC حاصله از سلول های بیمار که در یک نوع سلولی به صورت متمایز مشخص و متعاقباً در همان بیمار پیوند می خورد، احتمالاً سبب تحریک و واکنش سیستم ایمنی نخواهد شد، چرا که این سلول ها از فرد بیمار حاصل شده است. با این حال، فرایند برنامه ریزی مجدد به خودی خود دارای تأثیر اصلی بر روی عملکردهای سلولی نظیر چارچوب سلولی، چرخه سلولی و چشم انداز اپی ژنتیک به منظور فایق آمدن بر ساعت سلولی می باشد. بر این مبنا این امر ممکن خواهد بود که فرایند برنامه ریزی مجدد به خودی خود قابلیت تنظیم مجدد ویژگی های ماشینی سیستم ایمنی متمایز از سلول آغازین را داشته باشد. چنین موردی مخصوصاً برای فرایند رتروویروسی ایجادی iPSC یا برای کلون های iPSC که به طور کامل بر حسب پرتوانی حالت زمین برنامه ریزی نشده اند می تواند مفید باشد. در حقیقت، تحقیقات انجام شده به وسیله Zhao و همکاران نشان دهنده واکنش های سلول T ضد پیوند و توانایی مکفی آنها جهت ممانعت از تشکیل ترادم ها در موش است [۳۱]. چنین موردی بر روی سلول های بنیادی جنینی (ESC) مشاهده نشده است، که خود مؤکد آن است که روش کاربردی جهت برنامه ریزی سلول ها در حد حالت پرتوانی به خودی خود بر روی واکنش های ایمنی در داخل میزبان تأثیرگذار خواهد بود.
این موارد خود سبب به وجود آمدن شک و شبهه در خصوص دو مورد انتشار یافته اخیر در این زمینه شده است. گروه Guha و همکاران دریافتند که سلول های متمایز حاصل آمده از iPSC پس از پیوند دچار وازدگی نمی شوند [۳۲]. به علاوه Araki و همکاران اقدام به مقایسه ویژگی های ایمنی زایی بافت مغز استخوان و پوست حاصل آمده از فرایند iPSC موش (ایجادی به وسیله ناقل های اپیسومال) و همچنین بافت حاصل آمده از ESC نموده و مشخص ساختند که هیچگونه تفاوتی بین این دو گروه وجود ندارد [۳۳].
در تحقیق استفاده شده از پرایمتهای غیرانسانی، Morizane و همکاران دریافتند که پیوند اتولوگ سلول های حاصل آمده از iPSC سبب ایجاد یک واکنش ایمنی حداقلی در مقایسه با آلوگرافت ها یا پیوندهای آلو در مغز پرایمت غیرانسانی در حالت عدم وجود پس زدگی سیستم ایمنی شده است [۳۴]. بر این مبنا آنها پیشنهاد نمودند که این عدم پس زدگی برای پیوند اتولوگ سلول های عصبی حاصل آمده از iPSC در مغز ضروری نخواهد بود [۳۴]. بنابراین، سطح جاری دانش ما خود مشخص کننده آن است که پیوند اتولوگ سلول های حاصل آمده از iPSC سبب ایجاد واکنش یا پاسخ ایمنی نشده یا در بدترین حالت شاهد یک پاسخ حداقلی می باشیم که نیازی به پس زدگی سیستم ایمنی را نخواهد داشت. این موضوع سبب ارائه ویژگی های پیوندی بالینی آتی iPSC در بیماران مختلف انسانی خواهد شد.
کاربرد بالینی سلول ها با قابلیت برنامه ریزی مجدد