همه چیز درباره تمایز استخوانی و بررسی میزان ماتریکس معدنی
تمایز استخوانی و بررسی میزان ماتریکس معدنی؛ یکی از داغ‌ترین و کاربردی‌ترین مباحث حوزه بیو محسوب می شود که کارایی آن بر هیچ یک از اهالی این حوزه پوشیده نیست. اگر از تمایز استخوانی سر در نمی آورید و با بررسی میزان ماتریکس معدنی آشنا نیستید، این جا بهشت شماست. هر آنچه که یادگیری آن برایتان ضروری است، در این مقاله خواهید یافت. بدون کلمات قلمبه سلمبه و بدون حاشیه و پیچاندن مطلب؛ یک هلو بپر توی گلوی به تمام معنا!
آشنایی با مفهوم تمایز استخوانی
تمایز استخوانی که کاربلدها و پیشکسوت های علم زیست شناسی آن را تحت عنوان تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی به استخوان می شناسند، کاربردی باورنکردنی در درمان بیماری‌های گوناگون دارد. بیماری‌هایی که ما و شما گاها از آن‌ها با نام بیماری‌های صعب العلاج یاد می‌کنیم و چنین می اندیشیم که هیچ راهی برای رهایی از شر آن ها، وجود ندارد!
سلول های بنیادی مزانشیمی یا به اختصار MSCS که در مغز استخوان ها قرار دارند، محرک های بیوشیمیایی را از سلول های اطراف خود می گیرند. محرک های دریافتی تاثیر بسیار چشمگیری بر نحوه تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی و تبدیل شدن به پیش سازهای استخوان دارند. این دسته از سلول‌ها در شرایط آزمایشگاهی ثابت کرده اند که می‌توانند به سلول های استخوانی تمایز یافته و بدین ترتیب؛ گامی بلند در راستای پیشبرد اهداف زیست شناسی بردارند. آیا جویای نقش نشانه های طبیعی سلول های تنظیم کننده استخوان، استئوبلاست ها و استئوسیت ها در تنظیم تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی هستید؟!
اگر چنین است، باید بگوییم که در حال حاضر اطلاعات مشخصی در این رابطه در دست نیست.
محدودیت های درمان از طریق تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی
اگر بگوییم سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان گزینه ای بسیار ایده آل و مطلوب برای درمان های مهندسی بافت مبتنی بر سلول درمانی هستند، گزاف نگفته ایم. چرا که این سلول ها توانایی حیرت انگیزی در خود ترمیمی داشته و قادرند به انواع مختلف بافت از استخوان گرفته تا چربی و غضروف، تمایز یابند. حقیقتا از موفقیت چشمگیر استراتژی های بازسازی بافت های خاص مانند تاندون و غضروف با استفاده از سلول های بنیادی مزانشیمی نمی توان چشمپوشی کرد. با این حال هنوز نحوه بهینه سازی فرآیند استخوان سازی مشخص نیست و ما نیز مانند سایر فعالان حوزه بیو، نمی‌توانیم در این رابطه به طور قطعی اظهار نظر کنیم!
اگرچه درمان بیماری های گوناگون با استفاده از تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی داغ‌ترین بحث این روزهاست، با این حال محدودیت های درمانی این روش غیر قابل انکارند. به عنوان یکی از اساسی ترین محدودیت های درمانی استفاده از تمایز استخوانی می توان به عدم استحکام کافی بافت استخوانی تولید شده اشاره کرد. پر واضح است که چنین استخوانی قادر به جبران نقص های بزرگ در عملکرد طبیعی بدن، آن هم تحت فشار و استرس بالا نیست. این موضوع موجب شده که حوزه بازسازی بافت استخوانی برای تولید ساختارهای استخوانی بزرگ مناسب با کاربردهای بالینی و توسعه این رویکرد نوین، با چالش مواجه گردد.
هنگامی که سلول های بنیادی مزانشیمی در محیط های استئوژنیک کشت می شوند، استئوبلاست های استخوان ساز شروع به بیان نشانگرهایی در بدن می کنند. وظیفه اصلی این نشانگرها این است که در طی فرآیند ساخت استخوان های جدید به تشکیل ماتریکس و مواد معدنی بپردازند.
مراحل تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی
تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی در شرایط آزمایشگاهی طی سه مرحله انجام می شود. در ادامه هر یک از این مراحل را معرفی و به اختصار بررسی می کنیم.
مرحله اول
مرحله اول در روزهای اول تا چهارم تمایز استخوانی صورت می پذیرد. در این مرحله شاهد بروز یک رشد نمایی در تعداد سلول ها خواهیم بود.
مرحله دوم
مرحله دوم از آغاز روز پنجم تا ابتدای روز چهاردهم به طول می انجامد. این مرحله که به دنبال تمایز اولیه سلولی رخ می دهد، با رونویسی و بیان پروتئین آلکالین فسفاتاز تعیین می گردد. پس از این که مقدار ALP به اوج خود می رسد؛ سطح آن به مرور شروع به کاهش می کند. در مراحل اولیه بیان ماتریکس مواد معدنی، شاهد وقوع رسوب کلاژن نوع یک هستیم.
مرحله نهایی
این مرحله که روزهای 14 تا 28 تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی را به خود اختصاص می دهد، منجر به بیان بالای استئوکلسین و استئوپونتین می گردد. به دنبال این اتفاق رسوب کلسیم فسفات مشاهده خواهد شد.
نتایج حاصل از تمایز سلول های مزانشیمی به استخوان یاس ایر بافت های بدن نظیر غضروف و چربی، تا حد قابل توجهی تابع شرایط کشت می باشد. فاکتورهای رشدی که از خانواده TGF-ß هستند، تمایز غضروفی را رقم می زنند. این در حالی است که سلول های بنیادی مزانشیمی کشت شده با فاکتورهای رشد زیر، زمینه تمایز دودمان چربی را فراهم می کنند:
- دگزامتازون
- انسولین
- ایندومتاسین
- ایزو بوتیل متیل گزانتین
اگر جویای فاکتورهای رشد موثر بر تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی هستید، باید خدمتتان عرض کنیم که این فاکتورها به قرار زیرند:
- دگزامتازون
- اسکوربیک اسید
- ß- گلیسرول فسفات
کاربرد تمایز استخوانی در درمان پوکی استخوان
همان طور که در جریان هستید، پوکی استخوان یکی از رایج ترین اختلالات متابولیک سیستمیک است که افراد زیادی را به خود درگیر نموده است. این اختلال که در پی کاهش توده استخوانی و تخریب ریز ساختار استخوان ها رخ می دهد، باعث می شود که استخوان با کوچکترین ضربه ای بشکند. اکثر قریب به اتفاق درمان هایی که تا به امروز در زمینه پوکی استخوان مورد استفاده قرار گرفته اند، باعث بهبود نسبی علائم شده اند. با این حال هنوز هیچ درمان قطعی و سریعی برای پایان دادن به این آسیب دردسرساز وجود ندارد.
تمایز استخوانی از سلول های بنیادی مزانشیمی یکی از جدیدترین روش هایی است که در راستای پیشگیری و درمان پوکی استخوان مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این ها برخی پیوندهای اصلاح شده ژنتیکی رخ داده در استخوان می توانند باعث افزایش موثر توده و تراکم استخوان شوند. مسلم است که در چنین شرایطی استحکام مکانیکی استخوان ها افزایش یافته و از شکستگی ساده و سریع آن ها جلوگیری به عمل می آید.
بررسی میزان ماتریکس معدنی
ماتریکس معدنی یکی از اصلی ترین اجزای سازنده استخوان محسوب می شود که از بخش های آلی و مواد معدنی تشکیل می شود. مواد معدنی موجود در ماتریکس استخوان عموما نمک های معدنی کریستالی و کلسیم هستند. جالب است بدانید که حدود سی درصد از وزن بافت استخوان به ترکیبات آلی ماتریکس اعم از فیبرهای پروتئینی، کلاژن و سایر عناصر پروتئینی نظیر کلاس های گوناگون پروتئوگلیکان ها اختصاص می یابد. این در حالی است که هفتاد درصد باقی مانده به هیدروکسی آپاتیت ها که مجموعه ای از فسفات کلسیم بلوری هستند، تعلق دارد. این موضوع موجب اهمیت بسیار زیاد بافت استخوان ها برای هموستاز کلسیم گردد. سایر ترکیبات موجود در ماتریکس استخوان به قرار زیرند:
- استئوکلسین
- استئونکتین
- گلیکوز آمینو گلیکان
- پروتئین سیالو استخوان
- فاکتور اتصالی سلول
- …
شاید این سوال ذهنتان را به خود درگیر کرده باشد که وظیفه ماتریکس معدنی چیست؟!
جالب و در عین حال لازم است بدانید اصلی ترین مسئولیتی که این ماتریکس به دوش می کشد، سفتی و استحکام استخوان ها است. با این اوصاف اگر بگوییم که نقش ماتریکس در عملکردهای اصلی استخوان به عنوان پشتیبان مکانیکی بدن و محافظ آن در مقابل نیروی جاذبه غیر قابل انکار است، اغراق نکرده ایم. وجود ماتریکس در ساختار استخوان ها باعث شده که اسکلت بدن به محل اتصال عضلات تبدیل شده و امکان حرکت را برای فرد فراهم سازد.
نکته قابل توجه و جالب در مورد استخوان ها این است که املاح معدنی آن ها قابل برداشت می باشد. در صورتی که لازم باشد این املاح با مایعات بدن مبادله می شوند. با این اوصاف اگر بگوییم استخوان منبعی عظیم برای ذخیره مواد معدنی در بدن است، گزاف نگفته ایم. اگر با بیماری راشیتیسم آشنایی داشته باشید، به احتمال زیاد می دانید افراد مبتلا به این بیماری که در اثر فقر کلسیم و فسفر رخ می دهد، 35 درصد از املاح معدنی بدن خود را از دست می دهند. در چنین شرایطی آنچه اهمیت می یابد، بررسی میزان ماتریکس معدنی است.
