تمایز سلول بنیادی مزانشیمی به استخوان

سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) در مغز استخوان محرک‌های بیوشیمیایی را از سلول‌های اطراف دریافت می‌کنند. این محرک‌ها بر نحوه تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی و تبدیل شدن به پیش‌سازهای استخوان تأثیر می‌گذارند. توانایی MSCs برای تمایز به سلول های استخوانی به خوبی در شرایط آزمایشگاهی ثابت شده است. با این حال، نقش نشانه‌های طبیعی سلول‌های تنظیم‌کننده استخوان، استئوسیت‌ها و استئوبلاست‌ها در تنظیم تمایز استخوانی MSCs در داخل بدن نامشخص است.

سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان به دلیل توانایی بالا برای خود ترمیمی و تمایز به انواع مختلف بافت ها مانند استخوان، غضروف و چربی به عنوان یک گزینه مناسب برای درمان های مهندسی بافت مبتنی بر سلول درمانی پیشنهاد شده است. در حالی که استراتژی‌های بازسازی بافت‌های خاصی مانند تاندون‌ها و غضروف تا حدودی موفق بوده‌اند، هنوز دقیقاً مشخص نیست که چگونه می‌توان فرآیند استخوان‌زایی را بهینه کرد. 

محدودیت های درمانی استفاده از سلول بنیادی مزانشیمی استخوان

یکی از محدودیت های استراتژی های درمانی با MSCs این است که بافت استخوانی تولید شده به اندازه کافی محکم نیست تا بتواند نقص های بزرگ را در عملکردهای طبیعی بدن تحت فشار و استرس جبران کند. بنابراین، حوزه بازسازی بافت استخوانی با چالش برای توسعه رویکردهای نوین بازسازی بافت برای تولید ساختارهای استخوانی بزرگ برای کاربردهای بالینی مواجه است.

هنگامی که MSCs در محیط های استئوژنیک کشت می شوند، نشانگرهایی را بیان می کنند که توسط استئوبلاست های استخوان ساز در داخل بدن بیان می شوند، این سلول ها مسئول تشکیل ماتریکس و مواد معدنی در طول تشکیل استخوان جدید در بدن هستند.

مطالب مرتبط: کشت سلولی و اجزای محیط کشت – سلول های بنیادی مزانشیمی

تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی در شرایط آزمایشگاهی شامل سه مرحله است

• مرحله اول شامل روزهای اول تا چهار است که در آن یک رشد نمایی در تعداد سلول ها مشاهده می شود.
• مرحله دوم به دنبال تمایز اولیه سلولی از روزهای ۵ تا ۱۴، که با رونویسی و بیان پروتئین آلکالین فسفاتاز (ALP) مشخص می شود. پس از اوج اولیه ALP، سطح آن شروع به کاهش می کند. همچنین در مراحل اولیه بیان ماتریکس کلاژن نوع I مواد معدنی روی آن رسوب می کند.
• مرحله نهایی از روزهای ۱۴ تا ۲۸ منجر به بیان بالای استئوکلسین و استئوپونتین و به دنبال آن رسوب کلسیم و فسفات می شود.

تمایز MSCs در شرایط آزمایشگاهی تا حد زیادی به شرایط کشت بستگی دارد. فاکتورهای رشد مانند خانواده TGF-β منجر به تمایز غضروفی می شود، در حالی که MSCs کشت شده با دگزامتازون، انسولین، ایزوبوتیل متیل گزانتین و ایندومتاسین باعث تمایز دودمان چربی می شوند. تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی در شرایط آزمایشگاهی با حضور دگزامتازون، اسکوربیک اسید و β-گلیسرول فسفات القا می شود.

در حالی که اهمیت هر یک از این ترکیبات فوق برای تمایز در محیط آزمایشگاهی مشخص است، شرایط بیوشیمیایی in vivo به طور کامل شناسایی نشده و منبع محرک برای تمایز استخوانی MSCs در داخل بدن نامشخص است.

مطالب مرتبط: تکنیک الایزا – تکنیک وسترن بلات

stem cell niche در تنظیم تمایز سلولی

از آنجایی که عوامل بیوشیمیایی و مکانیکی مؤثر بر MSC در محیط بدن با عواملی که در مطالعات بازسازی بافت و کشت سلولی در شرایط آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند متفاوت است، این احتمال وجود دارد که اگر محیط in vivo بهتر درک شود، رویکردهای بازسازی بافت استخوانی افزایش می‌یابد. در داخل بدن، MSCs در یک محیط منحصر به فرد به نام جایگاه سلول های بنیادی (stem cell niche) یافت می شوند.

جایگاه سلول های بنیادی در استخوان شامل سلول های پشتیبان مختلف از جمله سلول های بنیادی خون ساز و MSCs، از جمله فیبروبلاست ها، سلول های اندوتلیال، سلول های چربی، استئوبلاست ها و همچنین استئوسیت های موجود در استخوان است.

این سلول های پشتیبان نقش در جهت دهی به عملکرد سلول های بنیادی دارند. اعتقاد بر این است که استئوبلاست‌ها و استئوسیت‌ها، تنظیم‌کننده‌های کلیدی استخوان‌زایی هستند، اما اینکه دقیقاً چگونه این سلول‌ها تمایز استخوان‌زایی سلول‌های بنیادی مزانشیمی را تنظیم می‌کنند هنوز مشخص نیست.

مطالب مرتبط: جداسازی سلول های بنیادی مزانشیمی از بافت چربی –روش جداسازی سلول های بنیادی مزانشیمی از بافت جفت

کاربرد سلول‌های بنیادی مزانشیمی در درمان پوکی استخوان

پوکی استخوان یک اختلال متابولیک سیستمیک است که با کاهش توده استخوانی و تخریب ریز ساختار استخوان مشخص می شود و استخوان ها را مستعد شکستگی می کند. اکثر درمان های پوکی استخوان علائم را بهبود می بخشد، اما تا به امروز هیچ درمان سریع و موثری وجود نداشته است.

سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان BMMSCs در بزرگسالان، عمدتاً به استئوبلاست‌ها و سلول‌های چربی تمایز می‌یابند. با این حال، اگر این تمایز نامتعادل باشد، ممکن است منجر به کاهش توده استخوانی شود. اگر تعداد سلول های چربی افزایش یابد و سلول های استئوبلاست کاهش یابد، پوکی استخوان ایجاد می شود. انواع هورمون ها و سیتوکین ها نقش مهمی در تنظیم تمایز دو طرفه BMMSC ها دارند.

بنابراین، درک بیشتر از مکانیسم تنظیم تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان ممکن است روش‌های جدیدی را برای پیشگیری و درمان پوکی استخوان ارائه دهد. علاوه بر این، پیوند BMMSC های اتولوگ، آلوژنیک یا پیوند BMMSC اصلاح شده ژنتیکی می تواند به طور موثری توده و تراکم استخوان را افزایش داده و منجر به افزایش استحکام مکانیکی استخوان ها شود همچنین عدم تعادل در متابولیسم استخوان را اصلاح و تشکیل استخوان را افزایش دهد.

پیوند سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان

سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان در پیوند نیازی به تطابق ندارند و منجر به رد ایمونولوژیک نمی شوند. بنابراین، پیوند BMMSCs می تواند یک روش درمانی جدید برای درمان پوکی استخوان باشد. سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان می توانند به طور پایدار CD29، CD44، CD73، CD105 و HLA را بیان کنند. با این حال، برخی تحقیقات نشان داد که MSCs کمپلکس سازگاری بافتی اصلی (MHC) کلاس II را بیان نمی‌کنند و سطح بیان MHC کلاس I پایینی دارند. MHC کلاس I انسانی اصلی‌ترین عامل رد ایمنی آلوژنیک ناشی از آنتی‌ژن است که منجر به ایمنی زایی کم سلول های بنیادی مزانشیمی می گردد علاوه بر این، BMMSC ها مولکول های تحریک کننده سلول های T مانند B7-1 و B7-2 را بیان نمی کنند و مولکول های آپوپتوز مانند CD40، CD80، CD86 و FasL را بیان یا تحریک نمی کنند. بنابراین فاقد سیگنال دوم که برای فعال شدن سلول T هستند.

برای اطلاع از لیست آنتی بادی های تائید ماهیت سلول های مزانشیمی نظیر CD73,CD105,CD90 و… اینجا کلیک کنید

مکانیسم های بازسازی استخوان با واسطه BMMSC

یک مسیر تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان شامل پیشرفت سلول های استخوانی به پیش استئوبلاست و در نهایت به استئوبلاست است. هنگامی که استئوبلاست تشکیل شد، می تواند چندین پروتئین ماتریکس خارج سلولی ترشح کند تا مینرالیزاسیون ماتریکس استخوان را کنترل کند. بنابراین، پیدایش، تکثیر، تمایز و بلوغ استئوبلاست‌ها ارتباط تنگاتنگی با رشد و نمو طبیعی استخوان‌ها دارد و اگر هر یک از این فرآیندها مهار شود، اختلال رشد استخوان ایجاد می‌شود. بروز پوکی استخوان رابطه مستقیمی با افزایش تحلیل استخوان و کاهش تشکیل استخوان دارد. در برنامه های درمان پوکی استخوان، اولویت اصلی بهبود وضعیت از طریق بهبود تکثیر استئوبلاست است. تمایز BMMSC ها تحت تأثیر عوامل زیادی مانند هورمون ها، سیتوکین ها و فیزیوتراپی است. بنابراین، می‌توان با القای BMMSC ها برای تمایز به استئوبلاست و با افزایش تعداد استئوبلاست‌ها، پوکی استخوان را درمان کرد.

مطالب مرتبط: رده های سلولی در آزمایشگاه کشت سلول– چرخه سلولی و سایکلین ها
خدمات مرتبط: خدمات سلولی – محیط های کشت تمایزی – انجام تکنیک وسترن بلات و الایزا با بانکی غنی از انواع آنتی بادی