سلول بنیادی جنینی

یاخته‌های بنیادی جنینی (به انگلیسی: Embryonic stem cell)، یا (ای‌اس ES) بن‌یاخته‌هایی هستند که از تودهٔ سلولی داخلی بلاستوسیستِ؛ یک مرحلهُ ابتدایی جنینی پیش از لانه‌گزینی، حاصل می‌شوند. جنین انسان در ۴ تا ۵ روز بعد از لقاح به مرحلهٔ بلاستوسیست می‌رسد؛ که در آن زمان آن‌ها از ۵۰ تا ۱۵۰ یاخته تشکیل شده‌اند.

یاخته‌های بنیادی جنینی انسان در کشت یاخته

(چندتوان Pluripotent): یاخته‌های بنیادی جنینی دارای آمادگی چندتوانی هستند و می‌توانند به صورت هرگونه یاخته‌ای؛ به جز یاخته‌های جُفت، پرورش یابند. تنها یاخته‌های بنیادی جنینی توته (مورولا morula) هستند که (همه‌توان totipotent): دارای استعداد و آمادگی همه‌توانی هستند؛ که یاخته‌های جُفت را نیز شامل می‌شود.

منزوی‌ساختن امبریوبلاست یا تودهٔ سلولی داخلی (آی‌سی‌ام ICM) به تخریب بلاستوسیست منجر می‌شود، که به مطرح‌شدن مسائل اخلاقی، از جمله این که آیا جنین در مرحلهٔ پیش‌کاشت باید از نظر وضعیت اخلاقی یا حقوقی؛ به همان صورت وجود توسعه‌یافته‌تر انسان در نظر گرفته‌شود یا نه، می‌انجامد.

یاخته‌های بنیادی جنینی انسان اندازه‌ای کم و بیش نزدیک به ۱۴ میکرومتر دارند در صورتی که یاخته‌های بنیادی جنینی موش به ۸ میکرون نزدیک‌تر است.

ویژگی‌ها

یاخته‌های بنیادی جنینی، از مرحلهٔ نخستِ بلاستوسیستِ جنینِ پستانداران به دست می‌آیند، استعداد و توانایی آن‌ها به تمایز و تبدیل به هر گونه یاخته، و توان آن‌ها برای انتشار و زادآوری، ویژه و چشم‌گیر است. ویژگی‌های یاخته‌های بنیادی جنینی شامل داشتن کاریوتیپ معمول، حفظ فعالیت تلومرازی بالا، و نمایش قابل توجه و بلند مدت توان تکثیر می‌باشد.

پرتوانی

سلول‌های بنیادی جنینی حاصل از توده سلولی داخلی، پرتوان بوده، می‌توانند تمایز یافته و اکتودرم ابتدایی را تولید کنند که در نهایت در طول گاسترولاسیون به همه اجزا سه لایه جوانه شامل اکتودرم، مزودرم و اندودرم تمایز می‌یابند. این سه لایه بیشتر از ۲۲۰ نوع سلول را در بدن بزرگسالان تشکیل می‌دهند.

به عبارتی سلول‌های بنیادی جنینی ازسلول‌های بنیادی بالغ که در بزرگسالان وجود دارند، توسط خاصیت پرتوانی متمایز می‌شوند. درحالیکه، سلول‌های بنیادی جنینی می‌توانند انواع سلول‌ها را ایجاد کنند، سلول‌های بنیادی بالغ چندتوان بوده و می‌توانند تنها تعداد محدودی از انواع سلولی را تولید کنند.

چنانچه بتوانیم پتانسیل پرتوانی سلول‌های بنیادی جنینی (تمایز به انواع سلول‌ها) را به صورت برون تنی تحت کنترل درآوریم ممکن است بتوان از این سلول‌ها به عنوان وسیله‌ای برای ایجاد انواع سلول یا انواع بافت‌های مورد نیاز استفاده کرد در این صورت یک روش درمانی جدید برای دامنه وسیعی از عوامل آسیب‌رسان به بافت‌ها همچون افزایش سن، برخی بیماری‌ها یا آسیب‌هایی که منجر به صدمه بافتی می‌شوند، فراهم می‌سازد.

تکثیر

سلول‌های بنیادی جنینی قادرند تحت شرایط مشخصی به شکل نامحدود و به صورت تمایز نیافته تکثیر شوند چنین ظرفیتی تا زمان دریافت پیام‌هایی که حاکی از فراهم بودن شرایط تمایز است، ادامه می‌یابد. این قدرت تکثیر به سلول‌های بنیادی جنینی اجازه می‌دهد که به عنوان ابزاری مفید برای تحقیقات و پزشکی بازساختی استفاده شوند.

فواید

به دلیل انعطاف‌پذیری و ظرفیت نامحدود و بالای خودنوسازی این سلول‌ها، درمان با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی برای پزشکی بازساختی و جایگزینی بافت‌ها پس از جراحت بافت‌ها یا بیماری مطرح شده‌است.

بیماری‌های همچون برخی از بیماری‌های ژنتیکی مرتبط با سیستم ایمنی و خون، سرطانها و اختلالات؛ دیابت کودکی، پارکینسون، کوری و آسیبی‌های طناب نخاعی از جمله بیماری‌هایی هستند که به شکل بالقوه به وسیلهٔ سلول‌های بنیادی پرتوان درمان شده‌اند.

علاوه بر نگرانی‌های اخلاقی موجود در ارتباط با درمان با استفاده از سلول‌های بنیادی، مشکلات فنی مرتبط با رد پیوند سلول‌های بنیادی آلوژنیک در میزبان نیز وجود دارد. با این حال مشکلات مرتبط با سازگاری بافتی را ممکن است بتوان با استفاده از سلول‌های بنیادی بالغ دهنده اتولوگ یا کلونینگ درمانی حل نمود. از دیگر کاربردهای بالقوه سلول‌های بنیادی جنینی می‌توان به امکان بررسی مراحل اولیه نمو انسان، مطالعه بیماری‌های ژنتیکی و مطالعات سم‌شناسی اشاره نمود.

کاربردها

کاربردهای بالقوه در استفاده‌های بالینی

طبق یک مقاله ۲۰۰۲ در PNAS، سلول‌های بنیادی جنینی انسان پتانسیل تمایز به انواع مختلف از سلول‌ها را دارند و بنابراین ممکن است به عنوان یک منبع سلولی برای پیوند زدن یا مهندسی بافت مفید باشند.

پژوهش‌های حاضر بر روی تمایز ES به دامنه وسیعی از انواع سلول‌ها برای درمان‌های جایگزین سلولی متمرکز شده‌اند. کاردینومیست‌ها (CM)، نورون‌ها، سلول‌های کبدی، سلول‌های مغزاستخوان، سلول‌های جزایری و سلول‌های اندوتلیال از جمله سلول‌هایی هستند که از طریق تمایز سلول‌های بنیادی جنینی بدست آمده‌اند. با این حال اشتقاق چنین سلول‌هایی از ESCs بدون مانع نبوده و از این رو تحقیقات حاضر بر روی غلبه بر این موانع متمرکز شده‌اند.

مطالعات انجام شده در زمینه سم‌شناسی نشان داده‌اند که کاردیومیست‌های مشتق شده از ES مدل‌های برون تنی منبع معتبری برای سنجش پاسخ‌های دارویی و پیش‌بینی پروفایل محرک‌های دارویی بوده و از این رو می‌توانند برای ارزیابی سمیت‌های قلبی استفاده شوند. همچنین سلول‌های کبدی مشتق شده از ES مدل‌های مفیدی هستند که توانسته‌اند در مراحل پیش بالینی کشف دارو استفاده شوند.

محققان همچنین بر روی تمایز ES به سلول‌های تولیدکننده دوپامین به امید استفاده از این نورون‌ها در درمان بیماری پارکینسون متمرکز شده‌اند.

به‌تازگی، نیز توسعه ESهای حاصل از انتقال هسته سلول سوماتیک سلول‌های غلاف دارشده بویایی به یک تخمک سالم برای بیماری‌های تحلیل برنده اعصاب استفاده می‌شود. همچنین ESها می‌توانند به سلول‌های کشنده طبیعی و مغزاستخوان تمایز یابند. استفاد دیگر از ESها برای ارائه درمان جایگزین دیابت است.

سلول‌های بنیادی جنینی انسانی به عنوان مدل اختلالات ژنتیکی

در این زمینه مطالعات متعددی انجام شده‌است. مطالعات به وسیلهٔ دستکاری ژنتیکی سلول‌ها یا به وسیلهٔ استخراج رده‌های سلولی بیمار که با بررسی ژنتیکی سلول‌ها پیش از تولد شناسایی شده‌اند صورت می‌گیرد.

دانشمندان تکنیک جدیدی برای استخراج سلول‌های بنیادی جنینی انسان، رده‌های ESC نرمال از منابع مختلف جنینی شامل موروبلاست‌ها کشف کرده‌اند. این یافته‌ها به محققان اجازه می‌دهد که رده ESC را از جنین‌هایی که اختلالات ژنتیکی متعددی دارند ساخته و بدین ترتیب به تشخیص در سطح مولکولی مکانیزم‌های مسدود شده و عامل بیماری دست یابند. چنین رده‌هایی که از جنین‌هایی با ناهنجاری‌های کروموزومی و ژنتیکی منشأ می‌گیرند، اطلاعات مفیدی را برای فهم مسیرهای منجر به نقص‌های ژنتیکی فراهم می‌سازند.

تعمیر صدمات DNA

به دلیل اینکه سلول‌های ES می‌توانند به انواع سلول‌های یک ارگانیسم تبدیل شوند جهش و معیوب شدن DNA در این سلول‌ها یک مشکل جدی خواهد بود، بنابراین مکانیسم‌های متعددی برای تعمیر خسارات وارد شده به DNA در چنین سلول‌هایی وجود دارد.

اثرات منفی سلول‌های بنیادی جنینی

با توجه به قدرت تکثیر بالای این سلول‌ها، نگرانی اصلی در مورد پیوند ES به بیماران برای درمان، توانایی آن‌ها برای تشکیل تومور از جمله تروما است. راهکار اصلی برای افزایش ایمنی ESC در کاربردهای بالینی بالقوه تمایز دادن سلول‌ها به انواع سلول‌های خاص (برای مثال سلول‌های کبدی) است که توانایی ایجاد تومور را کاهش یا حذف می‌کند.

جستارهای وابسته

یاخته بنیادی
فهرست انواع سلول‌های انسانی مشتق شده از لایه زایا

منابع

↑ Thomson; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, SS; Waknitz, MA; Swiergiel, JJ; Marshall, VS; Jones, JM (1998). "Blastocysts Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human". Science. 282 (5391): 1145–1147. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.
↑ "NIH Stem Cell Basics. What are embryonic stem cells?". Archived from the original on 31 August 2016. Retrieved 9 June 2017.
↑ Baldwing A (2009). "Morality and human embryo research. Introduction to the Talking Point on morality and human embryo research". EMBO Reports. 10 (4): 299–300. doi:10.1038/embor.2009.37. PMC 2672902. PMID 19337297.
↑ Nakaya, Andrea C. (August 1, 2011). Biomedical ethics. San Diego, CA: ReferencePoint Press. pp. 96. ISBN 1-60152-157-X.
↑ Thomson, James A.; Zwaka (10 February 2003). "Homologous recombination in human embryonic stem cells". Nature Biotechnology. 21 (3): 319–321. doi:10.1038/nbt788. PMID 12577066.
↑ Thomson, J. A.; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, S. S.; Waknitz, M. A.; Swiergiel, J. J.; Marshall, V. S.; Jones, J. M. (1998). "Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts". Science. 282 (5391): 1145–7. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.
↑ 7. Ying; Nichols, J; Chambers, I; Smith, A (2003). "BMP Induction of Id Proteins Suppresses Differentiation and Sustains Embryonic Stem Cell Self-Renewal in Collaboration with STAT3". Cell. 115 (3): 281–292. doi:10.1016/S0092-8674(03)00847-X. PMID 14636556.
↑ 6. ^ Thomson, J. A. ; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, S. S. ; Waknitz, M. A. ; Swiergiel, J. J. ; Marshall, V. S. ; Jones, J. M. (1998). "Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts". Science. 282 (5391): 1145–7. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.
↑ 8. Levenberg, S. (2002). "Endothelial cells derived from human embryonic stem cells". Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (7): 4391–4396. doi:10.1073/pnas.032074999.
↑ 9. ^ :a b Davila, JC; Cezar, GG; Thiede, M; Strom, S; Miki, T; Trosko, J (2004). "Use and application of stem cells in toxicology". Toxicological Sciences. 79 (2): 214–23. doi:10.1093/toxsci/kfh100. PMID 15014205.
↑ 10. Siu, CW; Moore, JC; Li, RA (2007). "Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes for heart therapies". Cardiovascular & Hematological Disorders Drug Targets. 7 (2): 145–52. doi:10.2174/187152907780830851. PMID 17584049.
↑ 11. Jensen, J; Hyllner, J; Björquist, P (2009). "Human embryonic stem cell technologies and drug discovery". Journal of Cellular Physiology. 219 (3): 513–9. doi:10.1002/jcp.21732. PMID 19277978.
↑ 13. Parish, CL; Arenas, E (2007). "Stem-cell-based strategies for the treatment of Parkinson's disease". Neuro-degenerative Diseases. 4 (4): 339–47. doi:10.1159/000101892. PMID 17627139.
↑ 12. Perrier, A. L. (2004). "Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells". Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (34): 12543–12548. doi:10.1073/pnas.0404700101.
↑ 14. Abdul Mannan Baig, Designer’s Microglia with Novel delivery system in Neurodegenerative Diseases. Medical Hypotheses (Impact Factor: 1.18). 08/2014; DOI: 10.1016/j. May. 2014.08.003
↑ 15. Waese, EY; Kandel, RA; Stanford, WL (2008). "Application of stem cells in bone repair". Skeletal Radiology. 37 (7): 601–8. doi:10.1007/s00256-007-0438-8. PMID 18193216.
↑ 16. d'Amour, KA; Bang, AG; Eliazer, S; Kelly, OG; Agulnick, AD; Smart, NG; Moorman, MA; Kroon, E; Carpenter, MK; Baetge, EE (2006). "Production of pancreatic hormone-expressing endocrine cells from human embryonic stem cells". Nature Biotechnology. 24 (11): 1392–401. doi:10.1038/nbt1259. PMID 17053790.
↑ 17. Verlinsky, Y; Strelchenko, N; Kukharenko, V; Rechitsky, S; Verlinsky, O; Galat, V; Kuliev, A (2005). "Human embryonic stem cell lines with genetic disorders". Reproductive Biomedicine Online. 10 (1): 105–10. doi:10.1016/S1472-6483(10)60810-3. PMID 15705304
↑ Tichy ED, Pillai R, Deng L, et al. (November 2010). "Mouse embryonic stem cells, but not somatic cells, predominantly use homologous recombination to repair double-strand DNA breaks". Stem Cells Dev. 19 (11): 1699–711. doi:10.1089/scd.2010.0058. PMC 3128311. PMID 20446816
↑ 19. Knoepfler, Paul S. (2009). "Deconstructing Stem Cell Tumorigenicity: A Roadmap to Safe Regenerative Medicine". Stem Cells. 27 (5): 1050–6. doi:10.1002/stem.37. PMC 2733374. PMID 19415771.
↑ Varlakhanova, Natalia V. ; Cotterman, Rebecca F. ; Devries, Wilhelmine N. ; Morgan, Judy; Donahue, Leah Rae; Murray, Stephen; Knowles, Barbara B. ; Knoepfler, Paul S. (2010). "Myc maintains embryonic stem cell pluripotency and self-renewal". Differentiation. 80 (1): 9–19. doi:10.1016/j.diff.2010.05.001. PMC 2916696. PMID 20537458.

پیوند به بیرون

Understanding Stem Cells: A View of the Science and Issues from the National Academies

[1] Thomson; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, SS; Waknitz, MA; Swiergiel, JJ; Marshall, VS; Jones, JM (1998). "Blastocysts Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human". Science. 282 (5391): 1145–1147. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.

[2] "NIH Stem Cell Basics. What are embryonic stem cells?". Archived from the original on 31 August 2016. Retrieved 9 June 2017.

[3] Baldwing A (2009). "Morality and human embryo research. Introduction to the Talking Point on morality and human embryo research". EMBO Reports. 10 (4): 299–300. doi:10.1038/embor.2009.37. PMC 2672902. PMID 19337297.

[4] Nakaya, Andrea C. (August 1, 2011). Biomedical ethics. San Diego, CA: ReferencePoint Press. pp. 96. ISBN 1-60152-157-X.

[5] Thomson, James A.; Zwaka (10 February 2003). "Homologous recombination in human embryonic stem cells". Nature Biotechnology. 21 (3): 319–321. doi:10.1038/nbt788. PMID 12577066.

[sc-6] Thomson, J. A.; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, S. S.; Waknitz, M. A.; Swiergiel, J. J.; Marshall, V. S.; Jones, J. M. (1998). "Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts". Science. 282 (5391): 1145–7. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.

[7] 7. Ying; Nichols, J; Chambers, I; Smith, A (2003). "BMP Induction of Id Proteins Suppresses Differentiation and Sustains Embryonic Stem Cell Self-Renewal in Collaboration with STAT3". Cell. 115 (3): 281–292. doi:10.1016/S0092-8674(03)00847-X. PMID 14636556.

[8] 6. ^ Thomson, J. A. ; Itskovitz-Eldor, J; Shapiro, S. S. ; Waknitz, M. A. ; Swiergiel, J. J. ; Marshall, V. S. ; Jones, J. M. (1998). "Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts". Science. 282 (5391): 1145–7. doi:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.

[9] 8. Levenberg, S. (2002). "Endothelial cells derived from human embryonic stem cells". Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (7): 4391–4396. doi:10.1073/pnas.032074999.

[10] 9. ^ :a b Davila, JC; Cezar, GG; Thiede, M; Strom, S; Miki, T; Trosko, J (2004). "Use and application of stem cells in toxicology". Toxicological Sciences. 79 (2): 214–23. doi:10.1093/toxsci/kfh100. PMID 15014205.

[11] 10. Siu, CW; Moore, JC; Li, RA (2007). "Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes for heart therapies". Cardiovascular & Hematological Disorders Drug Targets. 7 (2): 145–52. doi:10.2174/187152907780830851. PMID 17584049.

[12] 11. Jensen, J; Hyllner, J; Björquist, P (2009). "Human embryonic stem cell technologies and drug discovery". Journal of Cellular Physiology. 219 (3): 513–9. doi:10.1002/jcp.21732. PMID 19277978.

[13] 13. Parish, CL; Arenas, E (2007). "Stem-cell-based strategies for the treatment of Parkinson's disease". Neuro-degenerative Diseases. 4 (4): 339–47. doi:10.1159/000101892. PMID 17627139.

[14] 12. Perrier, A. L. (2004). "Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells". Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (34): 12543–12548. doi:10.1073/pnas.0404700101.

[15] 14. Abdul Mannan Baig, Designer’s Microglia with Novel delivery system in Neurodegenerative Diseases. Medical Hypotheses (Impact Factor: 1.18). 08/2014; DOI: 10.1016/j. May. 2014.08.003

[16] 15. Waese, EY; Kandel, RA; Stanford, WL (2008). "Application of stem cells in bone repair". Skeletal Radiology. 37 (7): 601–8. doi:10.1007/s00256-007-0438-8. PMID 18193216.

[17] 16. d'Amour, KA; Bang, AG; Eliazer, S; Kelly, OG; Agulnick, AD; Smart, NG; Moorman, MA; Kroon, E; Carpenter, MK; Baetge, EE (2006). "Production of pancreatic hormone-expressing endocrine cells from human embryonic stem cells". Nature Biotechnology. 24 (11): 1392–401. doi:10.1038/nbt1259. PMID 17053790.

[18] 17. Verlinsky, Y; Strelchenko, N; Kukharenko, V; Rechitsky, S; Verlinsky, O; Galat, V; Kuliev, A (2005). "Human embryonic stem cell lines with genetic disorders". Reproductive Biomedicine Online. 10 (1): 105–10. doi:10.1016/S1472-6483(10)60810-3. PMID 15705304

[19] Tichy ED, Pillai R, Deng L, et al. (November 2010). "Mouse embryonic stem cells, but not somatic cells, predominantly use homologous recombination to repair double-strand DNA breaks". Stem Cells Dev. 19 (11): 1699–711. doi:10.1089/scd.2010.0058. PMC 3128311. PMID 20446816

[20] 19. Knoepfler, Paul S. (2009). "Deconstructing Stem Cell Tumorigenicity: A Roadmap to Safe Regenerative Medicine". Stem Cells. 27 (5): 1050–6. doi:10.1002/stem.37. PMC 2733374. PMID 19415771.

[21] Varlakhanova, Natalia V. ; Cotterman, Rebecca F. ; Devries, Wilhelmine N. ; Morgan, Judy; Donahue, Leah Rae; Murray, Stephen; Knowles, Barbara B. ; Knoepfler, Paul S. (2010). "Myc maintains embryonic stem cell pluripotency and self-renewal". Differentiation. 80 (1): 9–19. doi:10.1016/j.diff.2010.05.001. PMC 2916696. PMID 20537458.