تسریع بخشیدن به تحقیقات سلول‌های بنیادی با ایجاد یک سیستم نوآورانه
به گزارش خبرنگار «نبض فناوری» سلول‌های بنیادی می‌توانند به انواع مختلف سلولی در بدن تبدیل شوند و به دانشمندان این امکان را می‌دهند که بیماری‌ها را مطالعه کنند و داروها را در سلول‌های انسانی آزمایش کنند. با این حال، یک مانع بزرگ، هزینه و زمان مورد نیاز است زیرا این مطالعات نیاز به نمونه برداری از صدها - یا حتی هزاران - اهداکننده دارد. در همین راستا محققان نشان دادندکه مطالعه نمونه‌های سلول‌های بنیادی از صدها فرد در یک ظرف کشت، با استفاده از روشی که در موسسه تحقیقات پزشکی گاروان توسعه یافته است، می‌تواند پتانسیل تحول‌آفرینی برای درمان‌های شخصی‌سازی شده و مطالعه ویژگی‌های پیچیده انسانی داشته باشد.
سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (hiPSCs)
استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (hiPSCs) و مشتقات آنها برای مطالعه ویژگی‌های پیچیده انسانی مانند بیماری‌ها و پاسخ‌های دارویی در حال تبدیل شدن به یک مرز تحقیقاتی جدید است. hiPSCها از نظر کاریوتیپی سلول‌های طبیعی و خود تجدید شونده هستند که با برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های سوماتیک انسان تولید می‌شوند. آنها می‌توانند تقریباً به هر نوع سلولی در بدن انسان متمایز شوند. سلول‌های بنیادی پرتوان القایی از سلول‌های بنیادی جنینی مشتق نمی‌شوند و از آنجایی که می‌توان آنها را از سلول‌های سوماتیک همان اهداکننده‌ای که پیوند دریافت می‌کند، به دست آورد، مشکلات سازگاری بافتی به شدت کاهش می‌یابد. این روش به توسعه درک ما در مورد فرآیند «برنامه‌ریزی مجدد» کمک کرده است و اطلاعات قابل انتقال به درمان‌های in vivo با هدف برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های آسیب‌دیده یا بیمار است. بنابراین، داروهای خاص بیمار را می‌توان برای آزمایش آنها بدون به خطر انداختن حیوانات دیگر توسعه داد. این همچنین یک "مدل انسانی" را برای آزمایش داروهای کاندیدهای مختلف ارائه می دهد، برخلاف مدل های حیوانی که به منابع و زمان بیشتری نیاز دارند و کارایی کمتری دارند. باتوجه به اینکه بررسی خطر بیماری، پاسخ دارویی و سایر فنوتیپ‌های انسانی، در انواع سلول‌ها و شرایط مختلف متفاوت هستند. بنابراین بکارگیری سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی به طور منحصر به فردی برای مطالعه این اثرات وابسته به زمینه مناسب هستند، اما برای این کار رده‌های سلولی از صدها یا هزاران فرد مورد نیاز است.
سیستم نوآورانه "ایجاد دهکده در یک ظرف"
پروفسور جوزف پاول، مدیر علوم سلولی در موسسه گاروان، مدیر موسسه آینده ژنومیکس سلولی UNSW و نویسنده ارشد این مطالعه در خصوص معرفی این سیستم گفت: سیستم نوآورانه «ایجاد دهکده در یک ظرف» تیم ما می‌تواند با رشد و مطالعه سلول‌های بنیادی تعداد زیادی اهداکننده به طور همزمان در یک ظرف کشت، این تحقیق را تسریع بخشد و مطالعات را تا 100 برابر کارآمدتر کند. مدل دهکده ما راهی قدرتمند برای درک اینکه چگونه تفاوت‌های ژنتیکی بین افراد بر سلامت و بیماری تأثیر می‌گذارد ارائه می‌دهد. اگرچه ما اکثریت DNA خود را به اشتراک می‌گذاریم، اما تغییرات در ژن‌های ما منجر به ویژگی‌ها و پاسخ‌های منحصر به فرد می‌شود. سیستم دهکده این تنوع را در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه تفاوت‌های ژنتیکی بین افراد بر مکانیسم‌های پیچیده زیربنایی زیست‌شناسی و بیماری‌ها تأثیر می‌گذارد."
محدودیت‌های تکنیک توالی یابی RNA حجیم
مطالعات قبلی در ژنومیک جمعیت بر روی تکنیکی به نام توالی RNA حجیم برای ارزیابی بیان ژن تکیه کرده‌اند که به طور موثر بیان متنوع انواع سلول‌های مختلف را در یک معیار واحد میانگین می‌دهد. این امر تفاوت‌های بالقوه بین سلول‌ها یا انواع سلول‌ها را پنهان می‌کند و می‌تواند یک دیدگاه ناقص یا مغرضانه از بیان ژن در نمونه ارائه دهد که به طور بالقوه منجر به نتایج نادرست یا گمراه‌کننده می‌شود. برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان رویکرد ایجاد یک روستا را توسعه دادند که در آن سلول‌های بنیادی از چندین اهداکننده در یک ظرف کشت داده می‌شوند و سپس با استفاده از تکنیکی به نام توالی‌یابی تک سلولی تجزیه و تحلیل می‌شوند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این روش ویژگی‌های کلیدی فرهنگ‌های فردی را حفظ می‌کند. این یک راه‌حل کارآمد برای مقیاس‌بندی آزمایش‌ها به اندازه‌های وسیع نمونه مورد نیاز برای ارائه یک عکس فوری دقیق از جمعیت ارائه می‌کند.
یک محیط قدرتمند برای مطالعه زیست شناسی انسان
بکارگیری روش دهکده در یک ظرف، مطالعات گسترده‌ای را در مورد سیستم‌های اندام انسان که معمولاً غیرقابل دسترس هستند، ممکن می‌سازد. تولید سلول‌های خاص اندام از بسیاری از افراد، نیاز به دریافت نمونه‌های بافت زنده آن اندام‌ها از اهداکنندگان را از بین می‌برد و بر محدودیت‌های مطالعه سلول‌های تنها چند نفر غلبه می‌کند. برای مثال، می‌تواند با تولید سلول‌های قلب از هزاران نفر، بینش‌هایی را در مورد شرایط قلبی آشکار کند، که با نمونه‌برداری مستقیم بافت غیرممکن است. تحقیقات پزشکی اغلب بر مدل‌های حیوانی تکیه می‌کنند، که نمونه‌های فیزیولوژیکی کاملی برای انسان نیستند. سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، که می‌توانند از نمونه خون بیمار تولید شوند، مشخصات کامل DNA بیمار را ارائه می‌دهند و سپس می‌توانند تقریباً به هر نوع سلولی در بدن انسان تمایز یابند. پروفسور پاول می‌گوید: از دیدگاه علوم پایه، سیستم مبتنی بر سلول‌های بنیادی وسیله‌ای قدرتمند برای به دست آوردن بینش‌هایی در مورد رابطه بین ژنتیک انسانی و زیست‌شناسی است که با مدل‌های حیوانی نمی‌توان به آن دست یافت.
از ظرف فرهنگ گرفته تا درمانگاه
این روش آزمایش‌های بالینی سریع را قادر می‌سازد تا پیش‌بینی کنند که چگونه گروه‌هایی از بیماران ممکن است به داروها پاسخ دهند و کشف درمان‌های جدید را ممکن می‌سازد. دکتر Drew Neavin، نویسنده اول مقاله و دانشمند فوق دکترا، می‌گوید: "پتانسیل ترجمه این تحقیق خیلی قانع کننده است، زیرا با مطالعه سلول‌های بسیاری از افراد به طور همزمان، ما می‌توانیم عوامل ژنتیکی را شناسایی کنیم که بر بیماری و پاسخ به درمان در مقیاسی بی سابقه تاثیر می‌گذارد." یک مثال ارزیابی سمیت قلبی یا تجمع Lewy body در بیماری پارکینسون در صدها رده سلولی مشتق شده از بیماران است. چنین مطالعاتی به جای منعکس کردن پاسخ از افراد منفرد، پاسخ‌های مشترک و متمایز را در میان گروه‌های ژنتیکی مختلفی نشان می‌دهد. این رویکرد می‌تواند توانایی ما را برای ترجمه علم سلول‌های بنیادی به درمان‌های دقیق تبدیل کند.» این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شد.
تشخیص دقیق و درمان مناسب برای همه
این بخشی از مجموعه بزرگی از کار مشترک در تلاقی ژنومیک جمعیت و تحقیقات سلول‌های بنیادی، با شرکای تحقیقاتی از دانشگاه کوئینزلند، دانشگاه ملبورن و موسسه منزیس است. پروفسور پاول می‌گوید: «ما مشتاقانه منتظریم ببینیم چگونه سیستم دهکده ما برای به دست آوردن بینش بی‌سابقه‌ای در مورد اساس ژنتیکی صفات و بیماری‌های پیچیده استفاده می‌شود که به تشخیص دقیق، درمان‌های مناسب و سلامت بهتر برای همه تبدیل می‌شود.»
