کشف یک اشتباه 15 ساله در تحقیقات سلول‌های بنیادی

محققان دانشگاه کلمبیا در تحقیقات جدید خود سلول‌های بنیادی واقعی روده را در یک مکان دیگر شناسایی کردند، که این موضوع نشان‌دهندۀ یک خطای طولانی مدت 15 ساله در شناسایی سلول‌های بنیادی روده است.

به گزارش تک‌ناک، مطالعات جدید دانشمندان دانشگاه کلمبیا نشان می‌دهد که تحقیقات بر روی سلول‌های بنیادی روده در 15 سال گذشته با یک شناسایی اشتباه مخدوش شده است. شناسایی اشتباه این بود که دانشمندان تاکنون سلول اشتباهی را مطالعه کرده‌اند.

در این زمینه دو مطالعه انجام و هر دوی آنها در مجلۀ Cell منتشر شد. سلو‌ل‌‌های بنیادی روده از سخت‌ترین سلول‌های بنیادی در بدن هستند. آنها به‌طور مداوم در طول زندگی ما کار می‌کنند تا سلول‌های کوتاهی که روده‌های ما را پوشانده‌اند، دوباره پُر کنند. تقریباً هر چهار روز یک‌بار، این سلول‌ها که سطحی به اندازۀ یک زمین تنیس را می‌پوشانند، به‌طور کامل تعویض می‌شوند.

درک این سلول‌های بنیادی معتاد به کار، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا سلول‌های بنیادی کم‌مولد را در سایر اندام‌ها برای ترمیمِ قلب، ریه، مغز و موارد دیگر فعال کنند. در ظاهر بیش از 15 سال پیش سلول‌های بنیادی روده در یک مطالعۀ برجسته شناسایی شدند.

با استفاده از ردیابی نسب و ابزارهای محاسباتی جدید، محققان کلمبیایی به رهبری تیموتی وانگ و کلی یان، به این نتیجه رسیدند که این سلول‌ها از نسل سلول‌های بنیادی واقعی روده هستند. سلول‌های بنیادی واقعی روده در مکان‌های متفاوتی یافت می‌شوند، پروتئین‌های متفاوتی تولید می‌کنند و به سیگنال‌های مختلف پاسخ می‌دهند.

تیموتی وانگ در این مورد گفت: این تحقیق جدید بحث‌برانگیز و در حال تغییر الگو است و حتی می‌تواند حوزۀ پزشکی بازساختی را احیا کند.

کلی یان نیز عنوان کرد: اگر بخواهیم پیشرفت کنیم، باید سلول‌های بنیادی واقعی را شناسایی کنیم تا بتوانیم این سلول‌ها را برای درمان هدف قرار دهیم.

چرا روده به سلول‌های بنیادی نیاز دارد؟

کلی یان بیان کرد: آنچه به این تحقیق مربوط است، بافتی به نام اپیتلیوم روده است. اپیتلیوم یک لایۀ سلولی است که روده را می‌پوشاند و از انواع مختلف سلول‌ها تشکیل شده است، که به هضم غذا، جذب مواد مغذی و مبارزه با میکروب‌ها کمک می‌کند.

بیشتر سلول‌ها قبل از تعویض، تنها حدود چهار روز زنده می‌مانند، بنابراین سلول‌های بنیادی باید جایگزینی ایجاد کنند.

آنچه واقعاً در مورد پوشش روده قابل توجه است، میزان بزرگی آن می‌باشد. اگر بخواهیم روده را صاف کنیم، به اندازۀ یک سطح زمین تنیس می‌شود.

سلول‌های بنیادی روده ممکن است سخت‌کارترین سلول‌های بنیادی در بدن باشند.

دلیل شک به تحقیق گذشته

سلول‌های بنیادی روده ظاهراً در سال 2007 شناسایی شدند و این کشف به عنوان یک پیشرفت در علم سلول‌های بنیادی مورد استقبال قرار گرفت. سؤال اینجاست که چه چیزی باعث شد محققان به این فکر کنند که این یک تشخیص اشتباه است؟

تیموتی وانگ در این باره گفت: در سال‌های گذشته، محققان حوزۀ سلول‌های بنیادی روده، فرض کردند که Lgr5 که پروتئینی در سطح سلول است، نشانگر خاصی برای سلول‌های بنیادی روده می‌باشد. به عبارت دیگر، تمام سلول‌های دارای Lgr5+ سلول‌های بنیادی فرض می‌شوند و همۀ سلول‌های بنیادی Lgr5+ هستند. این سلول‌های Lgr5+ در انتهای غدد یا دخمه‌های پوشش روده قرار داشتند.

با وجود این در دهۀ گذشته، مشکلاتی در این فرضیه ظاهر شد. به نظر نمی‌رسد حذف سلول‌های Lgr5+ در موش‌ها، با استفاده از رویکرد ژنتیکی، روده را خیلی اذیت کند و سلول‌های بنیادی Lgr5+ در طی یک هفته دوباره ظاهر شدند. علاوه بر این، روده توانست پس از آسیب شدید مانند آسیب ناشی از تشعشع بازسازی شود، حتی درصورتی که آسیب تقریباً تمام سلول‌های Lgr5+ را از بین برده بود.

بر اساس تعریف محققان، سلول‌های بنیادی سلول‌هایی هستند که بافت‌ها را بازسازی می‌کنند، بنابراین این یافته‌ها یک تناقض ایجاد کردند. بسیاری از مقالات پرمخاطب علمی، مکانیسم‌های مختلفی را برای توضیح این تناقض ارائه کرده‌اند. برخی از محققان اظهار می‌کنند که سایر سلول‌های رودۀ کاملاً بالغ می‌توانند در زمان رشد به عقب بروند و ویژگی‌های سلول‌های بنیادی را دوباره به دست بیاورند. برخی دیگر می‌گویند که یک جمعیت غیرفعال از سلول‌های بنیادی وجود دارند که تنها زمانی کار می‌کنند که پوشش آسیب دیده باشد.

هیچ‌کس تاکنون واقعاً این ایده را بررسی نکرده است که شاید سلول‌های Lgr5+ سلول‌های بنیادی نباشند، که ساده‌ترین توضیح ممکن است.

چگونگی شناسایی سلول‌های بنیادی واقعی روده 

سؤال اینجاست که محققان مطالعۀ جدید چگونه سلول‌های بنیادی واقعی روده را شناسایی کردند؟

تیموتی وانگ در مورد این سؤال توضح داد: ما از توالی‌یابی RNA تک‌سلولی برای مشخص کردن همۀ سلول‌ها در کریپت که ناحیه‌ای از روده است و سلول‌های بنیادی در آن ساکن هستند، استفاده و آن داده‌ها را به الگوریتم‌ها وارد کردیم.

وی اضافه کرد: این الگوریتم‌ها منبع ساقه در روده (نه در حوضچۀ سلولی Lgr5+) را در نوع دیگری از سلول‌های بالاتر کریپت در ناحیه‌ای به نام تنگه آشکار کردند. پس از حذف سلول‌های Lgr5+ با پرتو یا فرسایش ژنتیکی، ما تأیید کردیم که این سلول‌های تنگه، سلول‌های بنیادی روده هستند و می‌توانند پوشش روده را بازسازی کنند. ما هیچ مدرکی پیدا نکردیم که سلول‌های بالغ دیگر بتوانند زمان را به عقب برگردانند و به سلول‌های بنیادی تبدیل شوند.

کلی یان نیز در این باره گفت: ما از آنجایی که بیشتر سعی می‌کردیم سلول‌های دیگر روده را که در بازسازی پوشش داخلی دخیل هستند، بشناسیم، سلول‌های بنیادی را شناسایی نکردیم. تاکنون هیچ کس نتوانسته است این سلول‌های پیش‌‌ساز دیگر را در روده تعریف کند.

وی تصریح کرد: ما جمعیتی از سلول‌ها را شناسایی کردیم که تکثیر شونده و با پروتئینی به نام FGFBP1 مشخص شده بودند. وقتی از خودمان پرسیدیم که این سلول‌ها چگونه با سلول‌های Lgr5+ مرتبط هستند، تجزیه و تحلیل محاسباتی به ما نشان داد که این سلول‌های FGFBP1 تمام سلول‌های روده از جمله Lgr5+ را ایجاد می‌کنند و این برخلاف نظریۀ پذیرفته‌شدۀ قبلی بود.

کلودیا کاپدویلا که یکی از محققان این مطالعه بود، موشی را مورد بررسی قرار داد که به محققان این امکان را می‌داد تا تعیین کنند سلول‌های بنیادی واقعی کدام سلول‌ها (Lgr5+ یا FGFBP1+) هستند. در این موش، هر بار که ژن FGFBP1 در یک سلول روشن می‌شد، سلول دو پروتئین فلورسنت مختلف قرمز و آبی را فعال می‌کرد. رنگ قرمز بلافاصله روشن و بلافاصله خاموش می‌شد، در حالی که آبی کمی دیرتر روشن می‌شد و روزها باقی می‌ماند. این کار به محققان اجازه داد تا سلول‌ها را در طول زمان ردیابی کنند و به وضوح نشان داد که سلول‌های FGFBP1، سلول‌های Lgr5+ را ایجاد می‌کنند و این برخلاف اطلاعاتی است که محققان در حال حاضر باور دارند. این تکنیک چندین بار قبل فقط مورد استفاده قرار گرفته است و به‌کار انداختن آن دستاوردی باورنکردنی بود.

تأثیر کشف جدید بر درمان سلول‌های بنیادی

این موضوع چه تأثیری بر حوزۀ سلول‌های بنیادی و جست‌وجوی درمان‌های سلول‌های بنیادی خواهد داشت؟

وانگ در پاسخ به این سؤال گفت: ما تاکنون سلول‌های اشتباهی را بررسی کرده‌‌ایم. در نهایت ممکن است این یافته‌های جدید باعث توسعۀ درمان‌هایی شود که به بازسازی روده در افراد مبتلا به بیماری‌های روده و پیوند احتمالی سلول‌های بنیادی در آینده کمک می‌کند.

کاپدویلا نیز در این زمینه بیان کرد: در نهایت ما امیدواریم که یک مسیر جهانی را شناسایی کنیم که اساس شیوۀ عملکرد سلول‌های بنیادی باشد تا بتوانیم اصولی را که در مورد روده می‌آموزیم، در سایر بافت‌ها مانند: پوست، مو، مغز، قلب، ریه، کلیه، کبد و غیره به کار ببریم.

به گفتۀ وی تصور می‌شود که برخی از سرطان‌ها از سلول‌های بنیادی نادرست ناشی می‌شوند. بنابراین با درک هویت سلول‌های بنیادی، ممکن است بتوانیم درمان‌های جدیدی را نیز توسعه دهیم که می‌توانند از پیشرفت سرطان جلوگیری کنند. به همین دلیل بسیار مهم است که بفهمیم چه سلولی اساس همۀ سلول‌ها است.