تبدیل سلولهای بنیادی به نورونهای حسی؛ امید تازه برای بازگرداندن حس لامسه در فلج
تبدیل سلولهای بنیادی به نورونهای حسی؛ گامی تازه برای بازگرداندن حس لامسه پس از آسیب نخاعی
آسیب نخاعی فقط توانایی حرکت را از انسان نمیگیرد؛ گاهی جهان را نیز از مسیر دیگری خاموش میکند. لمس، فشار، موقعیت اندامها و توانایی تشخیص اینکه بدن در کجای فضا قرار دارد، همگی بخشی از شبکهای پیچیده هستند که میان پوست، نخاع و مغز شکل میگیرد. هنگامی که این ارتباط در اثر آسیب نخاعی مختل میشود، بیمار ممکن است نهتنها توانایی حرکت، بلکه بخش مهمی از تجربه حسی خود را نیز از دست بدهد.
در چنین چشماندازی، پژوهشی که در Stem Cell Reports منتشر شد، نقطهای قابل توجه در مسیر مهندسی بافت عصبی، پزشکی بازساختی و درمان آسیب نخاعی به شمار میرود. پژوهشگران توانستند سلولهای بنیادی انسانی را به جمعیتهایی از نورونهای رابط حسی نخاعی (sensory interneurons) تبدیل کنند؛ سلولهایی که در پردازش و انتقال اطلاعات حسی در مدارهای نخاعی نقش دارند.
اهمیت این دستاورد در یک نکته اساسی نهفته است: برای بازگرداندن عملکرد عصبی، صرفاً ساختن نورون کافی نیست؛ باید سلولی ساخته شود که هویت مولکولی، ویژگیهای رشدی و قابلیت اتصال مناسب به مدار عصبی موردنظر را نیز داشته باشد.
چرا بازگرداندن حس لامسه به اندازه بازگرداندن حرکت اهمیت دارد؟
در تصور عمومی، توانبخشی پس از آسیب نخاعی اغلب با یک هدف شناخته میشود: «راه رفتن دوباره». اما علوم اعصاب تصویر بسیار پیچیدهتری ارائه میکند.
راه رفتن بدون دریافت اطلاعات حسی مناسب نیز دشوار است. مغز برای کنترل دقیق حرکت باید بداند اندامها در چه موقعیتی قرار دارند، سطح زیر پا چگونه است و بدن چه مقدار نیرو به محیط وارد میکند. این اطلاعات از طریق شبکهای گسترده از گیرندههای حسی، نورونهای محیطی، نخاع و مراکز پردازش حسی مغز منتقل میشوند.
به همین دلیل، حس پیکری یا Somatosensation تنها وسیلهای برای تجربه لمس نیست؛ بلکه یکی از پایههای کنترل حرکتی، تعادل و تعامل ایمن با محیط محسوب میشود.
وقتی دست فردی قادر به تشخیص یک جسم بسیار داغ نباشد، مسئله صرفاً از دست دادن یک تجربه حسی نیست؛ سیستم هشدار طبیعی بدن نیز آسیب دیده است. بنابراین، بازسازی مسیرهای حسی میتواند در آینده بخشی جداییناپذیر از بازسازی عملکردی نخاع باشد.
نورونهای رابط حسی دقیقاً چه هستند؟
در دستگاه عصبی، همه نورونها وظیفه یکسانی ندارند. نورونهای حسی اولیه اطلاعات را از گیرندههای حسی دریافت میکنند و این اطلاعات را به سیستم عصبی مرکزی منتقل میکنند؛ اما در نخاع، اطلاعات پیش از رسیدن به سطوح بالاتر مغز باید وارد شبکهای بسیار پیچیده از نورونهای رابط شوند.
اینترنورونهای نخاعی (spinal interneurons) همانند گرههای پردازشی در این شبکه عمل میکنند. آنها میتوانند اطلاعات ورودی را دریافت، اصلاح، تقویت یا مهار کنند و سپس آن را به مدارهای مناسب هدایت کنند.
در پژوهش مورد بحث، تمرکز بر تولید زیرگروههایی از اینترنورونهای حسی پشتی نخاع بود؛ سلولهایی که در رشد و سازماندهی مدارهای حسی نخاع اهمیت دارند.
این تمایز بسیار مهم است، زیرا در پزشکی بازساختی، ساخت یک «نورون» بهتنهایی موفقیت محسوب نمیشود. آنچه اهمیت دارد، ساخت نورون مناسب برای مدار مناسب است.
چگونه سلول بنیادی به نورون حسی تبدیل شد؟
یکی از شگفتانگیزترین ویژگیهای سلولهای بنیادی، قابلیت تغییر سرنوشت سلولی آنها تحت تأثیر سیگنالهای مولکولی است.
پژوهشگران با استفاده از سلولهای بنیادی جنینی انسان (hESCs) و سلولهای بنیادی پرتوان القایی (hiPSCs) تلاش کردند محیط مولکولی لازم برای هدایت سلولها به سمت سرنوشت نورونی حسی را بازسازی کنند.
در این فرایند، دو سیگنال رشدی اهمیت ویژهای داشتند:
اسید رتینوئیک (Retinoic Acid; RA)
پروتئین مورفوژنتیک استخوان ۴ (Bone Morphogenetic Protein 4; BMP4)
این مولکولها صرفاً مواد شیمیایی ساده برای کشت سلولی نیستند؛ آنها بخشی از زبان مولکولی هستند که سلولهای جنینی از طریق آن، جایگاه و سرنوشت خود را در دستگاه عصبی در حال رشد پیدا میکنند.
در واقع پژوهشگران تلاش کردند این «زبان رشدی» را در محیط آزمایشگاه بازسازی کنند تا سلول بنیادی را به سمت یک هویت عصبی مشخص هدایت کنند.
دو هویت متفاوت؛ دو نقش متفاوت در پردازش حس
یکی از جنبههای جذاب این پژوهش، تولید جمعیتهایی از اینترنورونهای حسی با ویژگیهای متفاوت بود.
از جمله سلولهای مورد مطالعه، اینترنورونهای dl1 و dl3 بودند. این زیرگروهها در شکلگیری مدارهای حسی متفاوت نقش دارند.
اینترنورونهای dl1 با مدارهایی ارتباط دارند که در پردازش اطلاعات مربوط به موقعیت و محل محرکهای حسی اهمیت دارند، در حالی که dl3 در مدارهای مرتبط با دریافت برخی اطلاعات مکانیکی، از جمله فشار، نقش دارند.
این موضوع نشان میدهد که پزشکی بازساختی عصبی به سمت مرحلهای حرکت کرده است که هدف آن دیگر صرفاً «ساخت سلول عصبی» نیست؛ بلکه ساخت انواع مشخص و عملکردی نورونها است.
این تفاوت، برای آینده درمان آسیب نخاعی اهمیت بنیادین دارد.
چرا استفاده از hiPSC اهمیت ویژهای دارد؟
یکی از مهمترین بخشهای این رویکرد، استفاده از سلولهای بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSC) است.
دانشمندان میتوانند برخی سلولهای بالغ بدن را دوباره به حالتی پرتوان بازبرنامهریزی کنند. سپس این سلولها را برای تولید انواع سلولهای تخصصیافته موردنظر هدایت کنند.
از دیدگاه پزشکی، این فناوری جذابیت زیادی دارد؛ زیرا در یک سناریوی آینده، میتوان تصور کرد که سلولهای خود بیمار بهعنوان منبع اولیه برای تولید سلولهای درمانی مورد استفاده قرار گیرند.
البته این موضوع به معنای آماده بودن چنین درمانی برای استفاده بالینی نیست. میان تولید موفق یک سلول در آزمایشگاه و پیوند ایمن و مؤثر آن به نخاع انسان فاصله علمی بسیار بزرگی وجود دارد.
سلول پیوندی باید زنده بماند، به هویت مناسب خود پایبند بماند، با مدارهای عصبی موجود ارتباط برقرار کند، از ایجاد اتصالات نابجا جلوگیری شود و مهمتر از همه، عملکردی هماهنگ با شبکه عصبی میزبان پیدا کند.
بازسازی نخاع؛ مسئله فقط جایگزینی سلول نیست
یکی از دشوارترین چالشهای بازسازی نخاع (spinal cord regeneration)، پیچیدگی معماری دستگاه عصبی است.
پس از آسیب نخاعی، محیط بافتی دچار تغییرات گستردهای میشود؛ از التهاب و تشکیل اسکار گرفته تا تغییر در سازماندهی مدارهای عصبی و کاهش توانایی برخی آکسونها برای بازسازی.
بنابراین اگر سلولهای جدیدی تولید شوند، هنوز یک پرسش اساسی باقی میماند:
آیا این سلولها میتوانند در شبکه عصبی آسیبدیده ادغام شوند؟
این پرسش قلب پزشکی بازساختی عصبی است.
یک نورون جدید زمانی واقعاً ارزش درمانی پیدا میکند که بتواند با نورونهای مناسب ارتباط برقرار کند، سیگنال را در زمان و مکان مناسب دریافت یا ارسال کند و در نهایت به بازگشت یک عملکرد واقعی منجر شود.
به همین دلیل، مطالعه تولید اینترنورونهای حسی را باید بیشتر بهعنوان ساخت یکی از قطعات لازم برای بازسازی یک مدار عصبی در نظر گرفت، نه بهعنوان درمان نهایی فلج.
از «ساخت نورون» تا «ساخت مدار عصبی»
این تغییر نگاه شاید مهمترین پیام این پژوهش باشد.
در مراحل ابتدایی علوم سلول بنیادی، پرسش اصلی این بود که آیا میتوان سلول بنیادی را به نورون تبدیل کرد یا خیر.
امروز پرسش بسیار دشوارتر شده است:
آیا میتوان نوع درست نورون را در زمان درست ایجاد کرد و آن را به مدار درست متصل نمود؟
این همان جایی است که نوروبیولوژی تکوینی، سلولهای بنیادی، مهندسی عصبی و پزشکی بازساختی به یکدیگر میرسند.
پژوهش حاضر با شناسایی شرایط مولکولی لازم برای تولید اینترنورونهای حسی، یکی از قطعات این پازل را در اختیار پژوهشگران قرار میدهد.
آیا این فناوری میتواند حس لامسه را به افراد دچار فلج بازگرداند؟
پاسخ علمی امروز این است: هنوز نمیتوان چنین ادعایی کرد.
نتیجه پژوهش، ایجاد یک پروتکل آزمایشگاهی برای تولید نورونهای رابط حسی انسانی است؛ نه اثبات بازگشت حس لامسه در بیماران.
برای تبدیل این یافته به یک درمان واقعی، مراحل متعددی باید طی شود:
تولید پایدار و خالص سلولهای موردنظر؛
اطمینان از هویت و عملکرد سلولها؛
بررسی ایمنی و احتمال تشکیل تومور؛
بررسی توانایی سلولها برای زنده ماندن پس از پیوند؛
ایجاد ارتباط مناسب با مدارهای عصبی موجود؛
ارزیابی بازگشت واقعی عملکرد حسی؛
بررسی ایمنی و اثربخشی در مدلهای حیوانی؛
و در نهایت انجام مطالعات بالینی دقیق در انسان.
بنابراین، فاصله میان «تولید نورون حسی در آزمایشگاه» و «بازگرداندن لمس به بیمار» همچنان قابل توجه است.
اما در علم، گاهی مهمترین پیشرفتها دقیقاً همانهایی هستند که یک درِ بسته را باز میکنند.
آینده درمانهای سلولی برای آسیب نخاعی
چشمانداز آینده احتمالاً به یک درمان واحد محدود نخواهد بود. ممکن است درمان سلولی، تحریک عصبی، توانبخشی رباتیک، رابط مغز و رایانه، مهندسی زیستی و داروهای تعدیلکننده محیط نخاع در کنار یکدیگر به کار گرفته شوند.
در چنین آیندهای، سلولهای بنیادی میتوانند یکی از اجزای بازسازی مدارهای آسیبدیده باشند؛ اما برای رسیدن به عملکرد طبیعی، باید با فناوریهای دیگری همراه شوند.
از این منظر، تولید اینترنورونهای حسی انسانی اهمیت ویژهای دارد؛ زیرا دانشمندان را یک گام به ساخت مدارهای عصبی پیچیدهتر نزدیک میکند.
سخن پایانی؛ بازگرداندن آنچه مغز برای لمس جهان نیاز دارد
لمس یکی از ابتداییترین و در عین حال عمیقترین راههای ارتباط انسان با جهان است. پیش از آنکه بتوانیم یک محرک را درباره خودمان به زبان بیاوریم، دستگاه عصبی باید آن را احساس کند؛ گرما، سرما، فشار، تماس و موقعیت بدن، همگی از طریق شبکهای عظیم از گیرندهها و نورونها به مغز میرسند.
پژوهش درباره تبدیل سلولهای بنیادی انسانی به نورونهای رابط حسی نشان میدهد که علم در مسیر بازسازی این شبکه، دیگر صرفاً به تولید سلول فکر نمیکند؛ بلکه در حال یادگیری زبان دقیق شکلگیری مدارهای عصبی انسانی است.
شاید هنوز فاصله زیادی تا بازگرداندن کامل حس لامسه پس از آسیب نخاعی باقی مانده باشد. اما هر پروتکل جدید برای تولید یک نوع مشخص از نورون، هر کشف درباره سیگنالهای تعیینکننده سرنوشت سلولی و هر گام در جهت اتصال سلولهای جدید به مدارهای موجود، بخشی از آینده پزشکی بازساختی را شکل میدهد.
هدف نهایی، ساختن نورون نیست؛ هدف، بازگرداندن ارتباط است.
ارتباط میان پوست و نخاع، میان نخاع و مغز و در نهایت میان انسان و جهانی که باید دوباره بتواند آن را لمس کند.
ورود/ ثبت نام با جیمیل
