کشت سلول های بنیادی

سلول‌ بنیادی‌ های چیست؟

برای بیان نحوه کشت سلول های بنیادی، در ابتدا باید نگاهی کوتاه بر سلول های بنیادی بیندازیم. سلول‌ های بنیادی یا Stem cells، سلول‌هایی هستند که قابلیت تقسیم و تمایز به سلول‌های مختلف بدن را دارند؛ به عبارت دیگر، سلول‌های بنیادی قادر به تکثیر خود هستند و همچنین می‌توانند به سلول‌های مختلفی تمایز پیدا کنند که وظیفه‌های مختلفی در بدن دارند.

این توانایی تقسیم و تمایز سلول‌های بنیادی آن‌ها را از سایر سلول‌ها تمایز می‌دهد.

بطور کلی، سلول‌های بنیادی به چند دسته تقسیم می‌شوند:

سلول‌های بنیادی جنینی “Embryonic Stem Cells”

این سلول‌ها از جنین‌ به دست می‌آیند و آنها قابلیت تمایز به هر نوع سلولی در بدن را دارند.

سلول‌های بنیادی جنینی مصنوعی “iPSCs”

این سلول‌ها از سلول‌های بدن مانند سلول‌های پوستی به دست می‌آیند که از طریق تغییرات ژنتیکی و با استفاده از فناوری‌های مختلف می‌توانند به سلول‌های بنیادی پیش‌ساز تبدیل ‌شوند. این سلول‌ها نیز قابلیت تمایز به سلول‌های مختلف را دارند.

سلول‌های بنیادی جنینی خون‌ساز “Hematopoietic Stem Cells”

این سلول‌ها در خون‌سازی نقش دارند و می‌توانند به سلول‌های خونی مختلف مانند گلبول‌های قرمز خون، گلبول‌های سفید خون و پلاکت‌ها تمایز یابند.

سلول‌های بنیادی مزانشیمی “MSCs”

این سلول‌ها در بافت‌های مختلف بدن یافت می‌شوند و قابلیت تمایز به سلول‌های استخوان، غضروف، عضلانی و چربی را دارند؛ آنها همچنین قابلیت ترمیم بافت‌های آسیب دیده را دارند و در حوزه‌های پزشکی و تحقیقاتی بسیار پر اهمیت هستند.

سلول‌های بنیادی نخاعی “Neural Stem Cells”

این سلول‌ها در سیستم عصبی مرکزی مانند مغز و نخاع یافت می‌شوند و قابلیت تمایز به سلول‌های عصبی مختلف را دارند؛ آنها می‌توانند در ترمیم صدمات عصبی و بیماری‌های عصبی مورد استفاده قرار بگیرند.

کشت سلول‌ های بنیادی به چه صورتی انجام می‌شود؟

به طور کلی، کشت سلول‌های بنیادی می‌تواند با توجه به هدف پژوهش روش‌های مختلفی داشته باشد؛ در ادامه به مراحل کلی کشت سلول‌های بنیادی اشاره می‌کنیم:

جمع‌آوری سلول‌ های بنیادی

سلول‌های بنیادی می‌توانند از منابع مختلفی دریافت شوند، مانند جنین‌های انسانی، سلول‌های سوماتیک،  استخوان، بافتهای چربی، خون بند ناف و غیره.

سلول‌های بنیادی با استفاده از روش‌های استخراج مختلفی از این منابع جداسازی می‌شوند.

تهیه محیط کشت

محیط کشت مناسب برای رشد و تکثیر سلول‌های بنیادی حاوی عوامل غذایی و شرایط مناسبی است که برای تغذیه و رشد سلول‌ها لازم است؛ محیط کشت معمولاً شامل مواد غذایی، عوامل رشد سلولی، هورمون‌ها و آنتی‌بیوتیک‌ها است.

کشت سلولی

سلول‌های بنیادی به محیط کشت اضافه می‌شوند و در شرایط مناسب، مانند دما و رطوبت مناسب، قرار می‌گیرند. سپس، سلول‌ها تحت نظارت و پایش مستمر قرار می‌گیرند. در این مرحله، سلول‌ها تقسیم می‌شوند و به صورت پیوسته تعداد آن‌ها افزایش می‌یابد.

تمایز سلولی

با استفاده از روش‌های مختلف، سلول‌های بنیادی می‌توانند به سلول‌های مختلف در بدن تمایز یابند. این فرایند تمایز سلولی با استفاده از عوامل رشد و شرایط محیطی خاص انجام می‌شود. به عنوان مثال، اگر هدف تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های عضلانی باشد، عوامل رشد و شرایط محیطی متناسب با تمایز به سمت سلول‌های عضلانی فراهم می‌شوند.

نظارت و آزمایش

در طول فرایند کشت سلولی، سلول‌ها باید مورد پایش و آزمایش‌های مختلف قرار بگیرند؛ این قسمت شامل بررسی رشد سلولی، تمایز سلولی، شناسایی بیان ژنتیکی و خصوصیات سلولی است. این فرایند به کمک تکنیک‌های مختلفی مانند میکروسکوپی، فلوسایتومتری و آزمایشات مولکولی انجام می‌شود.

این مراحل کشت سلول‌های بنیادی به صورت عمومی توصیف شده‌اند، اما هر نوع سلول بنیادی ممکن است نیازهای ویژه‌ای داشته باشد و روش‌های کشت متفاوتی را برای بهینه‌سازی رشد و تمایز آنها استفاده کنند. همچنین، به دلیل پیچیدگی و حساسیت سلول‌های بنیادی، نیاز به تسلط بر فنون آزمایشگاهی خاص و رعایت شرایط دقیق کشت و نگهداری وجود دارد.

هدف کشت سلول‌های بنیادی چیست؟

کشت سلول‌های بنیادی به عنوان ابزاری قدرتمند در تحقیقات و بررسی رفتار و خصوصیات سلول‌ها استفاده می‌شود. این تحقیقات به ما کمک می‌کنند تا بهتر درک کنیم که چگونه سلول‌ها در بدن عمل می‌کنند، چگونه تکثیر می‌شوند و چگونه به سمت تمایز سلولی می‌روند.

این دانش می‌تواند ما را در درک بیشتر از بیماری‌ها، توسعه درمان‌های نوین و بهبود روش‌های تشخیص و پیشگیری کمک کند.

یکی از کاربردهای مهم کشت سلول‌های بنیادی، تمایز سلولی و ترمیم بافت‌های آسیب دیده در بدن است. سلول‌های بنیادی می‌توانند به سلول‌های مختلفی تمایز یابند و در صورت لزوم، بافت‌های آسیب دیده را ترمیم کنند.

به عنوان مثال، سلول‌های بنیادی می‌توانند به سلول‌های عضلانی، عصبی، قلبی و غیره تمایز یابند و در فرایندهای ترمیمی مانند ترمیم بافت عضلانی پس از ضایعات ورزشی یا ترمیم بافت عصبی پس از آسیب اعصاب مرکزی مورد استفاده قرار بگیرند.

سلول‌های بنیادی می‌توانند به عنوان ابزاری برای توسعه روش‌های درمانی نوین استفاده شوند. با تمایز سلولی و تولید سلول‌های خاص، می‌توان برخی بیماری‌های جدی و مزمن را درمان کرد؛ به عنوان مثال، سلول‌های بنیادی می‌توانند در درمان بیماری‌های قلبی، بیماری‌های عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر، بیماری‌های خونی مانند لوسمی و آسیب‌های نخاعی مورد استفاده قرار بگیرند.

سلول‌های بنیادی می‌توانند در توسعه و آزمایش داروهای جدید مورد استفاده قرار بگیرند و این امکان را فراهم می‌کنند تا اثربخشی و سمیت داروها را بر روی سلول‌ها بررسی کنیم و بهبود درمان بیماری‌ها را ارزیابی کنیم.

از چه نوع محیط‌های کشتی برای کشت سلول‌های بنیادی استفاده می‌شود؟

در کشت سلول‌های بنیادی، انتخاب محیط کشت مناسب برای رشد و تکثیر سلول‌ها بسیار مهم است. نوع محیط کشتی که برای سلول‌های بنیادی استفاده می‌شود، بستگی به نوع سلول‌های بنیادی مثلاً سلول‌های بنیادی جنینی، سلول‌های بنیادی جنسی، سلول‌های بنیادی بزرگسال و غیره و هدف کشت، مثلاً تحقیقاتی، تمایز سلولی، درمان بیماری و غیره دارد.

در ادامه به چند نوع محیط کشت معمول برای کشت سلول‌های بنیادی اشاره می‌کنیم:

محیط کشت سلول‌های بنیادی بدون سرم “serum-free”

در این نوع محیط کشت، از سرم جنینی یا سرم خون ناف استفاده نمی‌شود. به جای سرم، عوامل رشد و مواد تغذیه مستقیما به محیط اضافه می‌شوند. این نوع محیط کشت برای کشت سلول‌های بنیادی بزرگسال و سلول‌های بنیادی جنسی استفاده می‌شود و می‌تواند رشد و تمایز سلول‌ها را بهبود بخشد.

محیط کشت با سرم خون بند ناف “human umbilical cord blood serum”

در این نوع محیط کشت، سرمی که از خون بند ناف بدست می‌آید، به محیط کشت اضافه می‌شود. سرم خون بند ناف حاوی عوامل رشد و مواد تغذیه است که به سلول‌های بنیادی کمک می‌کند رشد و تکثیر کنند؛ این نوع محیط کشت برای کشت سلول‌های بنیادی جنینی و سلول‌های بنیادی بزرگسال استفاده می‌شود.

محیط کشت با سرم جنینی “embryonic stem cell culture medium”

در این نوع محیط کشت، سرمی که از جنین‌های موش یا انسان بدست می‌آید، به محیط کشت اضافه می‌شود؛ سرم جنینی شامل عوامل رشد و مواد تغذیه است که به سلول‌های بنیادی جنینی کمک می‌کند رشد و تکثیر کنند.

محیط کشت با سلول‌های تغذیه‌کننده “feeder cells”

در این نوع محیط کشت، سلول‌های تغذیه‌کننده مثل سلول‌های فیبروبلاستی به عنوان پایه‌ای برای رشد سلول‌های بنیادی استفاده می‌شوند. سلول‌های تغذیه‌کننده عوامل رشد و مواد تغذیه را برای سلول‌های بنیادی فراهم می‌کنند.

محیط کشت سلول‌های بنیادی معمولاً متناسب با نوع سلول‌های بنیادی و نیازهای آنها انتخاب می‌شود.

برای کشت سلول‌های بنیادی جنینی، محیط کشتی استفاده می‌شود که شامل عوامل رشد و مواد تغذیه‌ای است که سلول‌های بنیادی جنینی نیاز دارند. این محیط‌ها معمولاً شامل سرم جنینی، سرم خون بند ناف، عوامل رشد مختلف و مواد مغذی است.

برای سلول‌های بنیادی بزرگسال و جنسی، محیط کشتی استفاده می‌شود که شامل عوامل رشد و مواد تغذیه‌ای است که سلول‌های بنیادی بزرگسال و جنسی نیاز دارند؛ این محیط‌ها معمولاً شامل سرم خون بند ناف، عوامل رشد مختلف و مواد مغذی است.

برای کاهش خطر آلودگی و استفاده در کاربردهای بالینی، محیط‌های کشت بدون سرم برای کشت سلول‌های بنیادی توسعه یافته‌اند؛ این محیط‌ها شامل عوامل رشد و مواد تغذیه جایگزینی هستند که سلول‌های بنیادی نیاز دارند.

چالش‌های کشت سلول‌ های بنیادی چیست؟

کشت سلول‌های بنیادی همچنان با چالش‌هایی مواجه است که بر روی پیشرفت و کاربرد عملی آن تأثیر می‌گذارد. برخی از چالش‌های مهم کشت سلول‌های بنیادی عبارتند از:

تمایز سلولی

یکی از چالش‌های اصلی کشت سلول‌های بنیادی، تحقق تمایز سلولی مطلوب است. به عبارت دیگر، توانایی تولید سلول‌های خاص و مورد نیاز برای بازسازی و ترمیم بافت‌های خاص!

 در برخی موارد، سلول‌های بنیادی ممکن است به طور غیرقابل پیش‌بینی به سمت تمایز ناخواسته و غیرمطلوبی پیش بروند.

توانایی تکثیر

یکی دیگر از چالش‌های مهم در کشت سلول‌های بنیادی، توانایی تکثیر مطلوب آنهاست. سلول‌های بنیادی باید توانایی تقسیم و تکثیر را داشته باشند تا تعداد کافی از سلول‌ها برای کاربردهای بالینی و تحقیقاتی فراهم شود؛ اما در برخی موارد، سلول‌های بنیادی ممکن است به صورت نامناسب تقسیم شده و توانایی تکثیر کمتری داشته باشند.

پایداری و ثبات

یکی دیگر از چالش‌های مهم کشت سلول‌های بنیادی، پایداری و ثبات آنها در طول زمان است. سلول‌های بنیادی باید در شرایط کشت مستحکم و پایدار باقی بمانند تا بتوانند به طور مداوم تولید و بع درستی تکثیر شوند. هرگونه تغییر و ناپایداری در رشد و تمایز سلول‌ها می‌تواند بر کارایی و قابلیت‌ها و توانایی‌های آنها  تاثیر داشته باشد.

قابلیت تولید در مقیاس بالا

در صورتی که قصد داریم سلول‌های بنیادی را برای کاربردهای بالینی و تجاری استفاده کنیم، باید قابلیت تولید در مقیاس بالا را داشته باشیم؛ یعنی توانایی تولید سلول‌های بنیادی به صورت صنعتی و به مقیاس گسترده تا بتوانیم نیازهای بالینی را برآورده کنیم.

مسائل قانونی و اخلاقی

کشت سلول‌های بنیادی همچنین با چالش‌های قانونی و اخلاقی مواجه است. مسائلی مانند مالکیت معنوی، حقوق بیماران، استفاده از جنین و مواردی از این دست، جز مسائل اخلاقی این حوزه محسوب می‌شوند.

نویسنده: زهرا جهان‌بخش

تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران