پژوهشگران سلول‌های پوست را ۳۰ سال جوان‌تر کردند

دانشمندان تکنیک جدیدی را برای جوان‌سازی سلول‌های پوست ایجاد کرده‌اند. این تکنیک به آن‌ها اجازه داده است که براساس معیارهای مولکولی، ساعت زیستی سلولی را حدود ۳۰ سال به عقب برگردانند که به‌طور قابل‌توجهی طولانی‌تر از روش‌های برنامه‌ریزی مجدد قبلی است.

سلول‌های تاحدوی جوان‌شده در آزمایش‌هایی که زخم پوستی را شبیه‌سازی می‌کردند، نشانه‌هایی از رفتار سلول‌های جوان را نشان دادند. پژوهش جدید اگرچه هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد، سرانجام می‌تواند نتایجی برای پزشکی ترمیمی داشته باشد؛ خصوصاً اگر بتوان آن را در انواع دیگر سلول‌ها تکرار کرد.

با افزایش سن و پیری، توانایی سلول‌ها ازنظر عملکرد تحلیل پیدا می‌کند و نشانه‌های پیری در ژنوم جمع می‌شود. هدف زیست‌شناسی ترمیمی، ترمیم یا جایگزینی سلول‌ها ازجمله سلول‌های پیر است.

یکی از مهم‌ترین ابزارها در زیست‌شناسی ترمیمی، توانایی ایجاد سلول‌های بنیادی القایی است. این فرایند حاصل چندین مرحله است که هر کدام برخی از نشانه‌های تخصصی بودن سلول‌ها را پاک‌سازی می‌کند.

از لحاظ تئوری، سلول‌های بنیادی پتانسیل تبدیل شدن به هر نوع سلولی را دارند، اما دانشمندان هنوز قادر به بازتولید شرایطی که در آن سلول‌های بنیادی به‌طور قابل‌اعتمادی به تمام انواع سلول‌ها تمایز پیدا کنند، نیستند.

روش جدید مبتنی‌بر تکنیک برنده جایزه نوبل است که دانشمندان از آن برای ساخت سلول‌های بنیادی استفاده می‌کنند، با این تفاوت که با توقف برنامه‌ریزی مجدد بخشی از فرایند، بر مشکل پاک‌سازی کامل هویت سلول غلبه می‌کند. رویکرد جدید به پژوهشگران اجازه داد تا تعادل دقیق بین برنامه‌ریزی مجدد سلول‌ها را پیدا کنند و آن‌ها را ازنظر زیستی جوان‌تر کنند و درعین‌حال، عملکرد سلولی تخصصی آن‌ها را بازیابی کنند.

در سال ۲۰۰۷، شنایا یاماناکا، اولین دانشمندی بود که سلول‌های طبیعی را که عملکرد خاصی دارند، به سلول‌های بنیادی تبدیل کرد. سلول‌های بنیادی توانایی تبدیل شدن به هر نوع سلولی را دارند. فرایند کامل برنامه‌ریزی مجدد سلول بنیادی حدود ۵۰ روز طول می‌کشد و در آن از چهار مولکول کلیدی به نام «فاکتورهای یاماناکا» استفاده می‌شود.

در روش جدید، سلول‌ها فقط به‌مدت ۱۳ روز درمعرض فاکتورهای یاماناکا قرار می‌گیرند. در این مرحله، تغییرات مرتبط با سن حذف می‌شود و سلول‌ها به‌طور موقت هویت خود را از دست می‌دهند.

به سلول‌هایی که تا حدودی برنامه‌ریزی مجدد شده‌اند، زمان داده شد تا تحت شرایط عادی رشد کنند تا مشخص شود که آیا عملکرد آن‌ها برمی‌گردد. تجزیه‌و‌تحلیل ژنوم نشان داد که سلول‌ها ویژگی‌های سلول‌های پوست (فیبروبلاست‌ها) را دوباره به دست آورده بودند و این موضوع با مشاهده تولید کلاژن در سلول‌های مجدداً برنامه‌ریزی‌شده تأیید شد.

پژوهشگران برای نشان دادن این موضوع که سلول‌ها جوان شده‌اند، تغییر در نشانه‌های پیری را مورد جستجو قرار دادند. همان‌طور که دکتر دیلجیت گیل، پژوهشگر آزمایشگاه ولف ریک مؤسسه بابراهام بریتانیا که این کار را انجام داد، توضیح داد:

    درک ما از پیری در سطح مولکولی در طول دهه گذشته پیشرفت کرده است و منجر به ایجاد تکنیک‌هایی شده است که به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا تغییرات زیستی وابسته به سن را در سلول‌های انسانی اندازه‌گیری کنند. ما توانستیم این دانش را در آزمایش‌های خود به کار ببریم تا میزان برنامه‌ریزی مجدد را در روش جدیدمان تعیین کنیم.

پژوهشگران چندین معیار سن سلولی را بررسی کردند. اولین مورد، ساعت اپی‌ژنتیک است که برچسب‌های شیمیایی موجود در سراسر ژنوم سن را نشان می‌دهد. مورد دوم، ترانسکریپتوم است، یعنی تمام رونوشت‌های ژنی که توسط سلول تولید می‌شود. طبق این دو معیار، سلول‌های مجدداً برنامه‌ریزی‌شده با مشخصات سلول‌هایی که ۳۰ سال جوان‌تر بودند، مطابقت داشتند.

به کمک تکنیک جدید، سلول‌ها نه‌تنها جوان‌تر به‌نظر می‌رسند، بلکه مانند سلول‌های جوان نیز عمل می‌کنند. فیبروبلاست‌ها کلاژن تولید می‌کنند. کلاژن مولکولی است که در استخوان‌ها، تاندون‌های پوست و رباط‌ها یافت می‌شود و به ایجاد ساختار بافت‌ها و ترمیم زخم‌ها کمک می‌کند.

فیبروبلاست‌های جوان‌شده درمقایسه‌با سلول‌های کنترل که تحت فرایند برنامه‌ریزی مجدد قرار نگرفته بودند، کلاژن بیشتری تولید کردند. فیبروبلاست‌ها همچنین به مناطقی می‌روند که نیاز به ترمیم دارد.

پژوهشگران با ایجاد برش مصنوعی در لایه‌ای از سلول‌ها در ظرف آزمایشگاه، سلول‌های تاحدودی جوان‌شده را آزمایش کردند. فیبروبلاست‌های تیمارشده سریع‌تر از سلول‌های پیر به سمت داخل شکاف حرکت کردند. این نشانه امیدوارکننده‌ای است که نشان می‌دهد این روش روزی می‌تواند برای ایجاد سلول‌هایی که در ترمیم زخم‌ها عملکرد بهتری دارند، به کار رود.

پژوهشگران مشاهده کردند که روش آن‌ها روی برخی ژن‌های مرتبط با بیماری‌های وابسته‌ به سن و علائم آن‌ها نیز اثر داشت. تغییراتی در سطوح رونویسی ژن APBA2 که با بیماری آلزایمر در ارتباط است و ژن MAF که در ایجاد آب مروارید نقش دارد، دیده شد.

مکانیسم پشت‌صحنه‌ی برنامه‌ریزی مجدد گذرا به‌طور کامل درک نشده است. پژوهشگران حدس می‌زنند که بخش‌های کلیدی ژنوم که در ایجاد هویت سلول نقش دارند، ممکن است از فرایند برنامه‌ریزی مجدد اجتناب کنند. دیلجیت نتیجه‌گیری کرد:

    نتایج ما نشان‌دهنده گام بزرگی در درک ما از برنامه‌ریزی مجدد سلول است. ما ثابت کرده‌ایم که سلول‌ها را می‌توان بدون از دست دادن عملکرد، جوان‌سازی کرد و به‌نظر می‌رسد که همراه این جوان‌سازی مجدد، بخشی از عملکردهای سلول‌های پیر نیز بازیابی شود‌. این واقعیت که همچنین شاهد معکوس‌شدن معیارهای پیری در ژن‌های مرتبط با بیماری‌ها هستیم، از نظر آینده پژوهش امیدوارکننده است.

پروفسور ولف ریک، یکی از رهبران گروه پژوهشی گفت:

    این کار نتایج بسیار هیجان‌انگیزی دارد. در نهایت ممکن است بتوانیم ژن‌هایی را شناسایی کنیم که بدون برنامه‌ریزی مجدد جوان‌سازی می‌شوند و آن‌ها را به‌طورخاص

    هدف قرار دهیم تا اثرات پیری را کاهش دهیم. این رویکرد نویدبخش اکتشافات ارزشمندی است که می‌تواند افق درمانی شگفت‌انگیزی را باز کند.