چکیده سابقه و هدف خون بند ناف منبعی در دسترس از سلول‌های بنیادی خونساز است که با وجود مزایای زیاد، برخی محدودیت‌ها هم دارد. حجم کم و تعداد کم سلول‌های بنیادی خون بند ناف، منجر به پیوندپذیری با تاخیر آن می‌شود. با در نظر گرفتن این محدودیت‌ها، بسیاری از محققان به دنبال عواملی هستند که باعث تسریع پیوندپذیری و افزایش تعداد مطلق سلول‌های بنیادی خون بند ناف شود. مواد و روش‌ها در مطالعه حاضر، بیش از 200 مقاله منتشر شده در زمینه خون بند ناف مرور گردید. در این مقاله مروری، به بررسی اهمیت استفاده از خون بند ناف، ماهیت سلول‌های بنیادی موجود در آن و روش‌های تکثیر آزمایشگاهی سلول‌های بنیادی خون بند ناف پرداخته شده است. یافته‌ها سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف در مقایسه با مغز استخوان و خون محیطی، ظرفیت تکثیری بالاتر و جمعیت‌های سلولی نارس‌تری دارند. مطالعه‌های مختلف، حضور جمعیت‌های مختلف سلولی را در کنار سلول‌های بنیادی خونساز، در خون بند ناف نشان دادهاند که امکان استفاده از این منبع را در ایمونوتراپی، مهندسی بافت و طب ترمیمی مقدور می‌سازد. بنابراین راهبردهایی برای جداسازی و گسترش زیر گروه‌های مختلف سلولی از خون بند ناف و استفاده از آن‌ها در درمان بیماری‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. نتیجه گیری خون بند ناف منبعی مورد توجه در تحقیقات و روش‌های درمانی نوین است که در موارد پیوند اورژانسی در بزرگسالانی که اهداکننده مغز استخوان سازگار از نظر HLA ندارند، منبع جایگزین مناسبی است. در کنار در دسترس بودن و ایمن بودن خون بند ناف، مطالعه‌های بیشتری در زمینه تسریع پیوندپذیری، توسعه دسترسی آن، بهبود کیفیت و بررسی نتایج استفاده از آن در گروه‌های مختلف بیماران مورد نیاز است. کلمات کلیدی:خون بند ناف، سلول‌های بنیادی، پیوند سلول‌های بنیادی خون بند ناف
تاریخ دریافت : 3 /4 /93 تاریخ پذیرش : 26/11/93
1- دانشجوی PhD هماتولوژی و بانک خون ـ گروه خون‌شناسی و بانک خون دانشکده علوم پزشکی دانشگاه تربیت مدرس ـ تهران ـ ایران 2- PhD هماتولوژی و بانک خون ـ استادیار دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس ـ تهران ـ ایران 3- مؤلف مسؤول: PhD هماتولوژی و بانک خون ـ دانشیار دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس ـ تهران ـ ایران ـ صندوق پستی: 111-14115 4- PhD هماتولوژی و بانک خون ـ دانشیار دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس ـ تهران ـ ایران 5- مؤلف مسؤول: PhD ایمونولوژی ـ مرکز تحقیقات انتقال خون ـ مؤسسه عالی آموزشی و پژوهشی طب انتقال خون و استاد دانشکـده پزشکـی دانشگاه تربیت مدرس ـ تهران ـ ایران ـ صندوق پستی: 111-14115
مقدمه سلول‌های بنیادی خونساز با قابلیت خودنوسازی و تمایز به تمامی رده‌های خونی بالغ باعث حفظ سیستم ایمنی، عملکرد بافتی و هموستاز خونی در تمام طول عمر موجود زنده می‌شوند(1). سلول‌های بنیادی خونساز دارای ارزش بالایی در درمان بیماری‌های بدخیم و غیر بدخیم می‌باشند. به طور معمول سلول‌های بنیادی مشتق از مغز استخوان و خون محیطی باید به منظور جلوگیری از رد پیوند از نظر آنتی‌ژن‌های لکوسیت انسانی(HLA) با گیرنده پیوند سازگار باشند اما تنها 25% تا 30% بیماران قادر به تهیه سلول‌های بنیادی مغز استخوان از دهنده خویشاوند و یا غیرخویشاوند(unrelated) سازگار از نظر HLA می‌باشند (2). در طول دو دهه اخیر، مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که خون بند ناف منبعی غنی از سلول‌های بنیادی خونساز می‌باشد و از آن جا که خون بند ناف به راحتی از بانک‌های خون بند ناف به دست می‌آید و الزامات کمتری برای سازگاری HLA نیاز دارد، استفاده از سلول‌های بنیادی آن افزایش یافته است(3). خون بند ناف اولین بار به عنوان منبع سلول‌های بنیادی در سال 1970 شناخته شد(4). حضور پروژنیتورهای خونساز در خون بند ناف انسانی اولین بار در سال 1974 گزارش شد(5). حدود 10 سال بعد، حضور جمعیت پیش‌ساز خونساز بررسی شد(6). اولین پیوند خون بند ناف در سال 1989 در درمان کودکی با آنمی فانکونی انجام شد(7). طبق آخرین گزارش NCBP (National Cord Blood program) تا سال 2009 بیش از 15000 پیوند خون بند ناف در سرتاسر جهان انجام شده است(8). طبق گزارش سالانه BMDW (Bone Marrow Donors World Wide) در سال 2014 ، بیش از 600000 واحد خون بند ناف در بیش از 100 بانک خون بند ناف در سراسر جهان ذخیره شده است(9). طبق بررسی که توسط مرکز بین‌المللی پیوند مغز استخوان(IBMTR = International Blood and Marrow Transplant Research) انجام شد، تخمین زده شده است که پس از سال 1998، 20% پیوندهای سلول‌های بنیادی انجام شده در بیماران جـوان(کمتـر از 20 سـال) پیونـد خـون بنـد نـاف بـــوده است(10). با وجود تمام مزایای استفاده از خون بند ناف به علت حجم کم آن، تعداد سلول‌های بنیادی خون بند ناف تنها حدود 10% سلول‌های بنیادی موجود در نمونه مغز استخوان است که منجر به پیوندپذیری با تاخیر آن می‌شود(11). یک راه برای غلبه بر این مشکل، پیوند هم‌زمان دو واحد خون بند ناف از دهنده غیرخویشاوند است(12). روش دیگر که در سال‌های اخیر به آن توجه بیشتری می‌شود، شناسایی عواملی است که باعث افزایش لانه‌گزینی، پیوندپذیری و افزایش تعداد مطلق سلول‌های بنیادی موجود در خون بند ناف می‌شوند. هدف از این مقاله مروری، بررسیمزایا و معایب استفاده از خون بند ناف، بررسی پردازش، استخراج و ذخیره‌سازی خون بند ناف، شناخت فیزیولوژی و سلول‌های موجود در خون بند ناف و نهایتاً بررسی روش‌های مختلف برای تکثیر آزمایشگاهی سلول‌های بنیادی خون بند ناف بود که قادر به افزایش قابل اعتماد و حقیقی در تعداد سلول‌های بنیادی/ پروژنیتور موجود در یک واحد خون بند ناف و نهایتاً افزایش میزان پیوندپذیری و افزایش بقای بیماران می‌شود.
مزایا و معایب استفاده از خون بند ناف: از آن جا که تعداد جمعیت جهان بیش از 6 میلیارد نفر است و سالانه بیش از 100 میلیون نوزاد متولد می‌شود، بنابراین خون بند ناف بزرگترین منبع سلول‌های بنیادی است(13). سلول‌های بنیادی خون بند ناف یک مرحله حد واسط سلول‌های بنیادی رویانی و سلول‌های بنیادی بزرگسالان هستند که پتانسیل تکثیری بالایی دارند(14). علاوه بر پتانسیل خودنوسازی، خون بند ناف منبعی است که استفاده نمی‌شود و دور ریخته می‌شود. هم چنین جمع‌آوری غیر تهاجمی آن از مزایای دیگر خون بند ناف نسبت به سایر منابع سلول‌های بنیادی است. خون بند ناف منبعی فراوان از سلول‌های بنیادی/پروژنیتور خونساز و غیر خونساز است و سلول‌های پروژنیتور اولیه آن 10 برابر سلول‌های بنیادی مغز استخوان می‌باشد(15). مطـالعـه‌هـای آزمایشگاهـی متعـددی نشـان دادهاند که احتمال بروز GVHD با پیوند خون بند ناف کمتر بوده و لنفوسیت‌های خون بند ناف از لنفوسیت‌های مغز استخوان و خون محیطی ایمنی‌زایی کمتری دارند(19-16). GVHD علت عمده مرگ و میر پس از پیوند سلول‌های بنیادی خونساز آلوژن و تزریق لنفوسیت اهداکنندگان است(20). در مطالعه‌های مختلفی که به بررسی بروز GVHD و بقای بیماران دریافت‌کننده سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف از اهداکننده غیرخویشاوند پرداخته‌اند، حداقل 6/3 سازگاری از نظر HLA را برای پیوند خون بند ناف لازم می‌دانند(سازگاری از نظر HLAهای B ،A و DRB1)(24-21). در حالی که در پیوند مغز استخوان از خویشاوندان، سازگاری 6/6 و از غیر خویشاوندان سازگاری 10/10 (از نظر HLA های C ، B ، A ، DRB1 و DQB1) لازم است و حتی برخی مراکز به علت افزایش GVHD متعاقب ناسازگاری آلل‌های DPB1 در پیوند مغز استخوان، این آلل را نیز از نظر سازگاری بررسی می‌کنند که تحت عنوان سازگاری 12/12 شناخته می‌شود(29-25). همان طور که ذکر گردید لنفوسیت‌های خون بند ناف ایمنی‌زایی کمتری نسبت به سایر منابع دارند؛ دلایلی هم چون: عدم تولید لنفوسیت T سیتوتوکسیک، عدم ساخت سایتوکاین‌های پیش التهابی تولید شده از Th1 (اینترفرون-γ و TNF-α) در نوزاد نسبت به بزرگسالان و عدم بلوغ سلول‌های ایمنی یا کنترل آن توسط سلول‌های دندریتیک یا سلول‌های کشنده طبیعی موجود در خون بند ناف، در این امر دخیل هستند(30). از دیگر مزایای خون بند ناف، احتمال کمتر آلودگی ویروسی با عواملی چون سیتو مگالوویروس و اپشتاین بار ویروس می‌باشد(31). هم چنین در مقایسه با نمونه مغز استخوان که نیمه عمر محدودی داشته و نیاز به همکاری بین پزشک جمع‌آوری کننده، پرسنل حمل و نقل و تیم پیوند دارد، نمونه فریز شده خون بند ناف را می‌توان به راحتی انجماد زدایی کرد و در هنگام نیاز استفاده نمود. سلول‌های بنیادی خون بند ناف نسبت به سایر سلول‌های بنیادی سوماتیک، طول تلومر طولانی‌تر و فعالیت تلومرازی بالاتری دارند(32). در نتیجه در سال‌های اخیر افزایش قابل توجهی در تعداد بیمارانی که تحت پیوند خون بند ناف قرار می‌گیرند مشاهده می‌شود و به عنوان جایگزینی مناسب در کودکان و بزرگسالان فاقــد اهداکننده سازگار از نظر HLA مطرح می‌باشد(33، 21). استفاده از خون بند ناف با محدودیت‌هایی نیز همراه است. یکی از معایب استفاده از خون بند ناف، کم بودن تعداد سلول‌های موجود در یک واحد آن است. تعداد سلول‌های بنیادی/پروژنیتور موجود در یک واحد خون بند ناف تنها حدود 5% مقدار مطلوب مورد نیاز برای پیوند خونساز بزرگسالان است(106 × 4-2 به ازای هر کیلوگرم)(34). NCBP اعلام کرده است که تنها 20% از واحدهای خون بند ناف، حاوی مقادیر سلولی کافی برای یک بیمار 75 کیلوگرمی می‌باشند(با توجه به آستانه مقدار سلول بیشتر از 107× 5/2 سلول‌های هسته‌دار کل (TNCs) به ازای کیلوگرم)(35). بنابراین پیوند خون بند ناف به طور معمول و به طور موفقیت‌آمیزتری در پیوندهای کودکان استفاده می‌شود. بیماران دریافت کننده خون بند ناف با میزان سلول‌های تک هسته‌ای کل کمتر از 107 × 8/1 و سلول‌های CD34+کمتر از 105 × 7/1 به ازای هر کیلوگرم وزن گیرنده، پیوندپذیری و میزان بقای کمتری دارند. بنابراین تعداد سلول‌های هسته‌دار تزریق شده و درجه سازگاری HLA ، پیشگویی کننده‌های اصلی موفقیت پیوند خون بند ناف هستند(37، 36). محدود بودن تعداد سلول‌های موجود در خون بند ناف منجر به پیوندپذیری با تاخیر و بازسازی کمتر نوتروفیل و پلاکت می‌شود(38). مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که استفاده از خون بند ناف با بازسازی نوتروفیلی(نوتروفیل بیشتر از 500 سلول در3mm) 22 تا 27 روزه همراه می‌باشد که در مقایسه با زمان بازسازی نوتروفیلی در تزریق سلول‌های بنیادی مغز استخوان از اهداکننده غیرخویشاوند که 18 روز است، بالاتر می‌باشد. هم چنین زمان بازسازی پلاکتی (پلاکت بیشتر از 20000 سلول در3mm) 60 روز به طول می‌انجامد در حالی که با سلول‌های بنیادی مغز استخوان 29 روز است(39). اما محدودیت دیگر استفاده از خون بند ناف این است که یک بار می‌توان آن را جمع‌آوری کرد و مشخص نیست که حاوی سلول‌های بنیادی خونساز کافی برای پیوند موفق در بزرگسالان باشد. خون بند ناف در مقایسه با سلول‌های بنیادی مغز استخوان و خون محیطی، هزینه‌های بالاتری دارد (40). علت آن این است که بیش از ششصد هزار واحد خون بند ناف تاکنون در سراسر جهان ذخیره گردیده اما تنها تعداد محدودی از آن‌ها برای پیوند استفاده می‌گردد. بنابراین به علت بالا بودن هزینه‌های ذخیره‌سازی خون بند ناف، سرمایه‌گذاری در جهت تاسیس بانک‌های خون عمومی مورد نیاز است.
جداسازی، فریز و ذخیره خون بند ناف: با شناخت خون بند ناف به عنوان منبع ارزشمند سلول‌های بنیادی، بانک‌های خون بند ناف در سراسر جهان تاسیس شدند تا تعداد زیادی از واحدهای خون بند ناف را با کیفیت بالا برای مراکز پیوند فراهم آورند. مراحل مختلفی که در بانک‌های خون بند ناف انجام می‌شود عبارتند از: فراخوانی اهداکننده، اخذ تاریخچه پزشکی، [t1] تکمیل فرم رضایت‌نامه، انجام آزمایش‌ها در اهداکنندگان، جمع‌آوری خون بند ناف، پردازش، فریز، انجام آزمایش بر واحدهای خون بند ناف و تحویل نمونه‌ها به مراکز پیوند(41). از تمامی اهداکنندگان باید رضایت‌نامه آگاهانه قبل از جمع‌آوری خون بند ناف گرفته شود. نمونه خون مادر از نظر بیماری‌های عفونی شامل سفیلیس HTLV-1 ، HIV ، هپاتیت B ، هپاتیت C و آنتی‌بادی سیتومگالو ویروس آزمایش می‌شود(41). خون[t2] بند ناف را می‌توان به دو روش جمع‌آوری کرد: روش داخل رحمی که سلولهایخونبندنافازجفتو یاعروقبندناف بعدازبه دنیاآمدننوزاداهداکنندهو پس ازجدانمودننوزادازبندنافولیقبلازخروججفت جمع‌آوری می‌شود و روش خارج رحمی که در آن سلولهایخونبندنافازجفتو یاعروقبندنافپس از خروججفت جمع‌آوری می‌شود. مطالعه‌ها نشان می‌دهند که جمع‌آوری خون بند ناف با روش داخل رحمی در مقایسه با روش خارج رحمی، حجم، تعداد سلول‌های تک هسته‌ای تام، سلول‌های CD34+ و CFU تام بالاتری دارد(42[t3] ). دستورالعمل پیشنهادی برای جمع‌آوری خون بند ناف به این صورت است که پس از بریدن و گره زدن بند ناف، یک کیسه مخصوص با بارکد مشخص جهت جمع‌آوری انتخاب می‌شود. سوزن متصل به کیسه با رعایت شرایط استریل وارد ورید بند ناف شده و کیسه در سطح پایین‌تری قرار داده می‌شود تا خون داخل ورید بند ناف به سرعت و به طور کامل وارد کیسه جمع‌آوری استریل با ماده ضد انعقاد شود. مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که ضد انعقادهای هپارین و اسید سیترات دکستروز(ACD) مناسب می‌باشند(43). پس از جمع‌آوری، خون بند ناف را برچسب گذاری کرده، وزن نموده و حجم آن ثبت می‌شود. سپس شمارش سلول‌های هسته‌دار قبل و بعد از پردازش انجام می‌شود. آزمایش شمارش سلول‌های CD34+ ، میزانزندهماندن سلولیویاتوانسلولیبااستفادهازسلولهایزنده CD34+ و تعیینتعدادکلواحدهایتشکیلدهندهکلونی(CFU)نیز بر نمونه خون بند ناف انجام می‌شود[m4] (44). شمارش سلولی و حجم، پارامترهای مهم مطلوبیت واحد خون بند ناف برای ذخیره‌سازی هستند. حداقل سلول‌های تک هسته‌ای به ازای هر کیلوگرم وزن گیرنده پیوند 107× 5/2 می‌باشد (45، 35). به منظور کاهش فضای ذخیره‌سازی، کاهش هزینه‌های بانک خون بند ناف و هم چنین حذف ناسازگاری‌های احتمالی ABO و Rhبین اهداکننده و گیرنده، گلبول‌های قرمز موجود در خون بند ناف حذف می‌شوند. علاوه بر این بازسازی و بقای سلولی بالاتری در فرآورده‌های انجماد زدایی شده تهی از RBC مشاهده می‌شود(46). به منظور حذف پلاسما و گلبول‌های قرمز خون بند ناف از عوامل شیمیایی مثل استارچ یا کلرید آمونیوم استفاده می‌شود. جداسازی فیزیکی سلول‌های تک هسته‌ای و گلبول‌های قرمز با از دست دادن چشمگیر سلول‌های پروژنیتور همراه می‌باشد(47)، در حالی که روش‌های جداسازی با استفاده از رسوب با هیدروکسی اتیل استارچ نتایج مطلوبی داشته است(49، 48). هم چنین مطالعه‌هایی به بررسی پلی‌ژلین برای حذف گلبول‌های قرمز پرداخته‌اند که کار با آن راحت و ایمن می‌باشد و تاثیری نیز بر بازسازی سلول‌های پروژنیتور ندارد(50). نمونه‌های جمع شده خون بند ناف از نظر آلودگی میکروبی شاملباکتریهایهوازی، غیرهوازیوقارچها با روش دستی یا سیستم‌های دستگاهی بررسی می‌شوند. دمـای حمـل و نقـل نمونـه بنـد ناف بایـد 4 ±22درجـه سانتی‌گراد باشد(51). نمونه خون بند ناف، به صورت بافی کوت جداشده از خون بند ناف در[t5] دی متیل سولفوکساید(DMSO) با غلظت 10% فریز می‌شود(52). فرآیند فریز کردن به صورت 1 درجه سانتی گراد در هر دقیقه تا 4- درجه سانتی‌گراد می‌باشد، سپس نمونه‌ها به فریزر 80 - درجه سانتی‌گراد منتقل می‌شوند و نهایتاً پس از یک روز به نیتروژن مایع یا فاز بخار نیتروژن مایع با دمای کمتر از 180- درجه سانتی‌گراد برای نگهداری طولانی مدت انتقال می‌یابند. این فرآیند امروزه با استفاده از فریزرهای[t6] هشداردهنده ارتقا یافته است. فریزرهایذخیرهسازیواحدخونبندناف،باید دارای سامانهایجهتپایشمداومدرجهحرارتوثبتدما برایحداقلهر4ساعتباشند(53). پس از 10 سال ذخیره خون بند ناف، بازیابی سلول‌ها باید حداقل 90% باشد(51). در گذشته خون بند ناف با گلیسرول فریز می‌شد اما امروزه دی‌متیل‌سولفوکساید 10% به عنوان محافظت کننده در سرمای انتخابی استفاده می‌شود که در حضور آن خون بند ناف تا 10 سال در نیتروژن مایع بدون تخریب و از دست دادن توانش پایدار است(54). DMSO دارای اثرات سمی بر سلول‌ها(بسته به دما و مدت زمان در معرض قرار گرفتن قبل از فریز و بعد از انجمادزدایی) می‌باشد(56، 55). بنابراین بسیاری از مطالعه‌ها برای اجتناب از اثرات سمی آن بر سلول‌ها، دستورالعملی برای کاهش غلظت DMSO (تا 5%، 3%-7%) برای سلول‌های بنیادی خونساز پیشنهاد دادهاند(59-57). معزی و همکارانش در مطالعه‌ای که به بررسی تاثیر فریزکردن بر ظرفیت کلونوژنیک، محتوای سلولی CD34+و پتانسیل تکثیر آزمایشگاهی سلول‌های پروژنیتور خون بند ناف پرداخته بودند، پس از یک ماه نگهداری در DMSO با غلظت 10% علی‌رغم کاهش بقای سلولی، تفاوت چشمگیری [m7] در پارامترهای مورد نظر مشاهده نکردند(60). نگهداری در بخار نیتروژن مانع آلودگی واحدهای خون بند ناف می‌شود اما ویروس‌هایی چون هپاتیت و پاپیلوما در نیتروژن مایع نیز زنده می‌مانند و باعث آلودگی می‌شوند بنابراین باید احتیاط‌های لازم در این زمینه انجام شود (61). کلید موفقیت بانک‌های خون بند ناف، ذخیره و نگهداری طولانی مدت واحدهای خون بند ناف و متعاقباً بازیابی کافی سلول‌های زنده و عملکردی پس از ذخیره طولانی مدت است. طولانی‌ترین مدتی که با بازیابی کارآمد سلول‌های بنیادی/ پروژنیتور خونساز در واحدهای خون بند ناف گزارش شده است، 23 سال می‌باشد(62).
سلول‌های موجود در خون بند ناف: خون بند ناف منبعی فراوان از سلول‌های بنیادی/ پروژنیتور خونساز و غیر خونساز در مراحل مختلف تعهد رده‌ای است. اجزای اصلی خون بند ناف شامل سلول‌های بنیادی خونساز، سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های بنیادی شبه رویانی، سلول‌های بنیادی سوماتیک نامحدود، سلول‌های اندوتلیال، لنفوسیت‌ها، سلول‌های کشنده طبیعی، سلول‌های دندریتیک و اریتروسیت‌ها می‌باشد. هم چنین سلول‌های بنیادی خون بند ناف قابلیت تولید سلول‌های بنیادی چند قوه القایی را دارند.
سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف: بروکس مایر و همکارانش به مشاهداتی اساسی در زمینه اجزای مختلف خونساز موجود در خون بند ناف پرداختند و مشخصات سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف را : Lin- ، CD45RA- ، CD90+ ، CD38- و CD34+ گزارش کردند و نتیجه گرفتند که همانند سلول‌های بنیادی خون محیطی، خون بند ناف حاوی سلول‌های بنیادی کلونوژنیک است هر چند که فراوانی آن‌ها در خون بند ناف بالاتر(1 تا 5 در 1000 سلول تک هسته‌ای) از سلول‌های بنیادی خون محیطی(1 تا 5 در 20000) می‌باشد(15). سلیمانی و همکارانش در مطالعه‌های مختلف با استفاده از فایکول و آنتیبادیضد CD34 نشاندارشدهباذراتآهنبا استفاده ازستونMACS به طور موفقیت‌آمیزی سلول‌های بنیادی خونساز CD34+ را از خون بند ناف تخلیص نمودند(66-63). فنوتیپ سلول‌های بنیادی خونساز موجود در خون بند ناف از مغز استخوان بزرگسالان متفاوت است چون سلول‌های خون بند ناف حاوی درصد بالاتری(حتی تا چهار برابر) سلول‌های CD38- در بخش CD34+ در مقایسه با مغز استخوان انسان می‌باشند و در مقایسه با سلول‌های مشابه از نظر فنوتیپی در مغز استخوان یا خون محیطی این سلول‌ها ظرفیت تکثیری بالاتر و حساسیت بیشتری به تحریک با سایتوکاین‌ها دارند(70-67). روش‌های کشت نیمه جامد نشان دادهاند که پروژنیتورهای خونساز متعهد به رده CFU-GM و BFU-E در خون بند ناف به تعداد کمتری نسبت به مغز استخوان حضور دارند در حالی که پروژنیتورهای ابتدایی‌تر(CFU-GEMM و HPP-CFC) در خون بند ناف از مغز استخوان فراوانترند. بنابراین به نظر می‌رسد که سلول‌های بنیادی موجود در خون بند ناف، سلول‌های بنیادی ابتدایی‌تری نسبت به نمونه مغز استخوان بالغین و خون محیطی دارند که با حضور مارکرهای CD34 و c-kit و عدم حضور مارکرهای تعهد به رده مثل Thy-1 ، CD41 ، CD71، CD33 و CD38 مشخص می‌شود (72، 71، 68). علاوه بر این کلنی‌های مشتق از پروژنیتور خون بند ناف بسیار بزرگتر هستند و حاوی کلنی‌های ماکروسکوپی فراوانی می‌باشند. این مشاهدات نشان می‌دهند که خون بند ناف حاوی ذخایر پروژنیتوری شبیه به ذخایر موجود در کبد جنینی است(74، 73). آنالیز تشکیل سلولی ناحیه کوبلستون (CAFC) نشان می‌دهد که سلول‌های CD34+ خون بند ناف حاوی جمعیت بالاتری از CAFC (هفته 6)(به ترتیب 3، 6 تا 10 برابر) بالاتر از سلول‌های CD34+ مغز استخوان و خون محیطی می‌باشد. با روش in vivo آنالیز لانه گزینی سلول‌ها در موش نود(NOD)، ظرفیت پیوندپذیری سلول‌های CD34+ در خون بند ناف بالاتر از مغز استخوان بوده است(75). برخی مطالعه‌ها نشان دادهاند که سلول‌های CD34+ موجود در خون بند ناف علی‌رغم سلول‌های بنیادی مغز استخوان که در آن تعداد سلول‌های CD34+ به سرعت در کشت کاهش می‌یابد، قادر به تولید چندین هزار سلول بالغ در کشت بدون کاهش تعداد سلول‌های CD34+ می‌باشند(77، 76). این یافته‌ها نشان می‌دهند که پروژنیتورهای خون بند ناف ظرفیت تولید سلول‌های بالغ و قدرت خودنوسازی بالایی دارند، بنابراین خون بند ناف منبعی مناسب در پیوند بالینی سلول‌های بنیادی/ پروژنیتور است و این ویژگی‌های خون بند ناف باعث پیوندپذیری آن علی‌رغم محتوای کم سلول می‌شود. زیر گروه دیگری از سلول‌های CD34+ که به تعداد نسبتاً زیاد در خون بند ناف حضور دارند، سلول‌های +CD133 هستند. سلول‌های CD133+ در مغز جنین نیز شناسایی شده‌اند و به نظر می‌رسد در این ناحیه سلول‌های بنیادی عصبی حضور داشته باشند(79، 78). حفیظی و همکارانش موفق به تمایز نورونی سلول‌های بنیادی 34+/133+CD خون بند ناف شدند که امکان استفاده درمانی از این زیر گروه سلول‌های بنیادی را در درمان بیماری‌های تخریب نورون نشان می‌دهد(80). در زمینه دستکاری‌های ژنتیکی، مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که سلول‌های بنیادی خون بند ناف در مقایسه با مغز استخوان هدف مناسبتری برای انتقال ژن‌هایی چون آدنوزین د آمیناز می‌باشند(81).
سلول‌های بنیادی چند قوه القایی مشتق از خون بند ناف: یکی از ویژگی‌های مهم سلول‌های بنیادی خون بند ناف، توانایی آن‌ها در تولید سلول‌های بنیادی چند قوه القایی (iPS ) پس از ترانسفکشن با ژن‌های ضروری می‌باشد (83، 82).تاکناکا و همکارانش در سال 2010 موفق به برنامه‌ریـزی مجـدد سلول‌هـای CD34+ خون بند ناف به سلول‌های iPS پـس از ترانسفکشـن ویروسی بـا klf-2 ، sox2 ، oct-4 و c-myc و سرکوب ژن P53 از طریق RNA خاموشگر شدند(84). این سلول‌ها از نظر ویژگی‌هایی چون مرفولوژی سلولی، ظرفیت تمایزی و بیان مارکرهای چند قوه شبیه به سلول‌های بنیادی رویانی نرمال انسان بودند. ژئورگتی و همکارانش نیز در سال 2010 نتایج مشابهی را پس از ترانسفکشن سلول‌های بنیـادی خـون بند ناف با فاکتورهای رونویسی oct-4 و sox-2 نشان دادند(82). سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف: سلول‌های خون بند ناف هم چنین حاوی جمعیت سلول‌های بنیادی مزانشیمی است که خصوصیات تکاملی و مورفولوژیکی متفاوتی از سایر سلول‌های بنیادی خون بند ناف نشان می‌دهند. تعداد این سلول‌ها در خون بند ناف کم است و تفاوت زیادی در تعداد این سلول‌ها در واحدهای خون بند ناف مختلف جمع‌آوری شده مشاهده شده است(92-84). شانس جداسازی سلول‌های بنیادی مزانشیمی از خون بند ناف نسبت به سلول‌های بنیادی مزانشیمی جدا شده از مغز استخوان کمتر بوده است(63% در مقابل 100%)(93).[t8] سلیمانی و همکارانش موفق به جداسازی سلول‌های بنیادی مزانشیمی از خون بند ناف شدند(97-94). این سلول‌ها خواص سلولی، مورفولوژیکی و تمایزی شبیه به سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان دارند اما نسبت به سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان که تعداد و پتانسیل تمایزی آن‌ها با افزایش سن کاهش می‌یابد، ارجحیت دارند(100-98). سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف، پتانسیل بالایی برای تمایز نورونی دارند. این سلول‌ها فنوتیپ عصبی و مارکرهای سلول‌های عصبی از جمله مارکر هسته عصبی(NeuN) و پروتئین تراکمی پس سیناپسی(PSD95) را بیان می‌کنند(102، 101). علاوه بر این مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که این سلول‌ها علاوه بر تمایز به سلول‌های عصبی(آستروسیت و نورون) می‌توانند به هپاتوسیت، استئوبلاست، آدیپوسیت، کندروسیت و سلول‌های خونساز تمایز یابند(104، 103). به نظر می‌رسد فاکتور رونویسی Oct-4در تنظیم تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف نقش داشته باشد که بر ویژگی ''بنیادینگی'' این سلول‌ها تاکید می‌کند(104). یانگ و همکارانش خصوصیات سلول‌های بنیادی مزانشیمی موجود در خون بند ناف را این چنین بیان کردند که از نظر مارکرهای (Thy-1) CD90 ، CD44 ، CD29 ، CD13 مثبت و از نظر CD106 ، CD64 ، CD45 ، CD34 ، CD61/CD51 ، CD31 ، CD14 و HLA-DR منفی هستند و در مطالعه‌ای دیگر سلول‌های بنیادی مزانشیمی را از نظر بیان مارکرهای CD90 ،(CD73 SH-3, SH-4) ، CD166 و (CD105 (SH-2, endoglin مثبت و از نظر مارکرهای HLA-DR ، CD80 ، CD45 ، CD34 ، CD31 ، CD79 ، CD19 و CD11 منفی گزارش کردند(106، 105). سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف مولکول‌های کمک تحریکی CD86 ، CD80 ، CD40 و MHC II را که معمولاً بر سطح سلول‌های عرضه‌کننده آنتی‌ژن بیان می‌شود، بیان نمی‌کنند(107). اخیراً بافت بند ناف ( UC)به جای خون بند ناف به عنوان منبع سلول‌های بنیادی مزانشیمی مطرح شده است. مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که سلول‌هایی که مارکرهای مزانشیمی CD73 ، CD105 ، CD44 و CD90 را بیان می‌کنند، در بافت بند ناف به میزان فراوانی حضور دارند(113-108). هم چنین مطالعه‌های مختلف نشان دادهاند که ماتریکس ژله‌ای و بافت همبند و عروق اطراف بند ناف که مجموعاً تحت عنوان ژله وارتون نامیده می‌شوند، منبع غنی از سلول‌های بنیادی مزانشیمی می‌باشد (132-114). سلول‌های بنیادی مزانشیمی جدا شده از ژله وارتون، مارکرهای سلول‌های بنیادی مزانشیمی شامل رسپتور ماتریکس(CD105 ، CD44) و مارکرهای اینتگرینی(CD51 ، CD29) را بیان می‌کنند اما از نظر مارکرهای دودمان خونساز CD34 و CD45 منفی هستند (107). برخلاف سلول‌های بنیادی مزانشیمی که از مغز استخوان بزرگسالان جدا می‌شوند، جمعیت کوچکی از سلول‌های بنیادی مزانشیمی موجود در بند ناف، اندوگلین (CD105) و CD49e را بیان می‌کنند. هم چنیـن این سلول‌ها از نظر مارکرهای CD45 ، CD34 ،CD31 ، CD26، CD33 ، CD14 و HLA-DR منفی هستند(115، 114). نیچه پری واسکولار منبع اصلی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در ارگان‌های مختلف است(117،116، 112). به سلول‌های شبه سلول‌های بنیادی مزانشیمی که از عروق بند ناف به دست می‌آید، سلول‌های پری واسکولار بند ناف انسان (HUCPVC) گفته می‌شود(118). این سلول‌ها همانند سایر سلول‌های بنیادی مزانشیمی ظرفیت یکسانی برای تمایز به فنوتیپ استئوژنیک با پتانسیل تکثیری بالا دارند. HUCPVC به عنوان منبع سلول‌های بنیادی مزانشیمی خارج رویانی در سلول درمانی استفاده می‌شود (119). HUCPVC قادر به تمایز استئوژنیک، کندروژنیک و آدیپوژنیک است و پتانسیل تکثیری بالاتر و رشد بیشتری نسبت به سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان دارند. هم چنین سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان با پدیده مهار تماسی رشد خود را متوقف می‌کنند در حالی که HUCPVC به رشد خود در شکل چند لایه ادامه می‌دهند(121، 120). سلول‌های بنیادی مزانشیمی جداشده از خون بند ناف و بافتبند ناف شباهت‌های زیادی در تمایز به رده‌های سلولی مختلف دارند و قادر به تکثیر طولانی مدت در کشت هستند(119، 113، 107). هر چند که به نظر می‌رسد از نظر پروفایل بیان ژنی باهم تفاوت دارند(111). ژن‌های مرتبط با چسبندگی سلولی، مورفوژنز، ترشح، آنژیوژنز و نوروژنز غالباً در سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بند ناف بیان می‌شود در حالی‌که ژن‌های مرتبط با استئوژنز و سیستم ایمنی عمدتاً در سطح سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف بیان می‌شوند(111). این بیان متفاوت ژن‌های سلول‌های بنیادی مزانشیمی مختص بافت، احتمالاً منعکس‌کننده عملکرد این سلول‌ها تحت تاثیر نیچه‌‌های مختلف است. سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بند ناف از سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان در پروفایل بیان سایتوکاینی متفاوتند(120). سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بند ناف عمدتاً سطوح بالایی از IL8 ، IL6 ، IL1a ، LIF ، HGF ، GM-CSF ، G-CSF و IL11 را بیان می‌کنند در حالی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان، VEGF و SDF-1β بیشتری تولید می‌کنند(121). سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بند ناف به طور چشمگیری باعث افزایش تعداد کلنی گرانولوسیتی ـ ماکروفاژی(CFU-GM) می‌شود ولی تاثیری بر BFU-E و CFU-GEMM ندارد(122). سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از خون بند ناف و مغز استخوان، پتانسیل پروژنیتوری چند رده‌ای و پروفایل بیان سایتوکاین مشابهی را نشان می‌دهند و قدرت تمایز یکسانی در تمایز به استئوسیت و آدیپوسیت دارند(128-122). مطالعه‌هایی وجود دارند که نشان می‌دهند سلول‌های بنیادی مزانشیمی بافت بند ناف بیشتر در آنژیوژنز و سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان بیشتر در استئوژنز نقش دارند(122). با این که سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از خون بند ناف، مغز استخوان و بافت چربی از نظر مورفولوژیکی و ایمونوفنوتیپی شبیه‌اند اما برخی مطالعه‌ها نشان دادهاند که سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از خون بند ناف در مقایسه با سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان و بافت چربی، تمایز آدیپوژنیک کمتری داشته و واکوئل‌های چربی کمتر و کوچکتری تولید می‌کنند(127). با این که تفاوت چشمگیری در مورفولوژی و ایمونوفنوتیپ سلول‌های بنیادی مزانشیمی جدا شده از خون بند ناف، مغز استخوان و بافت چربی مشاهده نشده اما موفقیت جداسازی سلول‌های بنیادی مزانشیمی از واحدهای خون بند ناف کمتر است و علت آن فراوانی کمتر کلنی آن‌ها در مقایسه با مغز استخوان و بافت چربی است. هر چند که سلول‌های بنیادی مزانشیمی جدا شده از خون بند ناف ظرفیت خودنوسازی بالاتری در مقایسه با مغز استخوان دارند(128، 85). سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف را می‌توان به مدت طولانی‌تر با ظرفیت تکثیری بالاتر در مقایسه با سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان یا بافت چربی کشت داد که احتمالاً منعکس‌کننده ویژگی بنیادینگی برتر سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف نسبت به سایر منابع است(132-129، 127). باید توجه داشت که پتانسیل تمایزی و طول عمر سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان به طور چشمگیری با افزایش سن اهداکننده کاهش می‌یابد(100، 99). سلول‌های بنیادی مزانشیمی در in vivo باعث تنظیم سیستم ایمنی و افزایش پیوندپذیری سلول‌های بنیادی /پروژنیتور خونساز CD34+ و سلول‌های بنیادی رویانی (ES = Embrionic Stem Cell) می‌شوند(134، 133). مطالعه‌های مختلفی نشان دادهاند که هم کشتی خون بند ناف با سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان سلول‌های حفاظت کننده می‌تواند باعث حفظ سلول‌های نابالغ شود(135، 106). استفاده از لایه استرومال خون بند ناف به دلیل کم بودن جمعیت سلول‌های بنیادی مزانشیمی موجود در خون بند ناف سخت است اما سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف می‌توانند سایتوکاین‌هایی را تولید کنند که باعث تسهیل پیوند شده و باعث بقای سلول‌های بنیادی خونساز در in vivo شوند(136،88، 87). در مطالعه دلالت و همکارانش، سلول‌های CD34+ جدا شده از خون بند ناف به همراه سلول‌های مزانشیمی جدا شده از مغز استخوان به موش‌های Balb/c اشعه دیده پیوند زده شد و تسریع پیوندپذیری سلول‌های CD34+ مشاهده شد(137). بنابراین استفاده از پیوند هم زمان سلول‌های بنیادی خون بند ناف به همراه سلول‌های بنیادی مزانشیمی می‌تواند موفقیت پیوند سلول‌های بنیادی را افزایش دهد.
سایر سلول‌های موجود در خون بند ناف: سلول‌های بنیادی شبه رویانی: بوزانسکا و همکارانش در سال 2002 به طور موفقیت‌آمیزی توانستند سلول‌های بنیادی غیر خونساز - CD34 و CD45[t9] را از خون بند ناف با استفاده از روش immunomagnetic cells sorting خالص سازی کنند(138). پس از این گروه افراد مختلفی به خالص سازی و تعیین خصوصیات این جمعیت ابتدایی سلول‌های بنیادی از بخش تک هسته‌ای خون بند ناف با استفاده از روش‌های FACS (Fluorescence Activated Cell sorting) و Immunomagnetic depletion پرداختند(141-139). مک گوچین و همکارانش در سال 2005 این سلول‌ها را به علت تشابهات آن‌ها با ویژگی‌های سلول‌های بنیادی رویانی، سلول‌های بنیادی شبه رویانی مشتق از بند ناف (CBEs = Cord – blood - derived embryonic like stem cells) نامیدند(131). گروه دیگری از محققان، جمعیت مشابهی از این سلول‌ها را از خون بند ناف جدا کرده و آن‌ها را سلول‌های بنیادی شبه رویانی بسیار کوچک(VSEL = Very Small embryonic-like stem cell ) نامیدند(132). این سلول‌های بنیادی نابالغ مارکرهای چند قوه‌ای مثل sox-2 ، Oct-4 و nanog را بیان می‌کنند که به طور نرمال توسط سلول‌های بنیادی رویانی چند قوه بیان می‌شود(140، 132). علاوه بر این آن‌ها از نظر مارکرهای سلول‌های بنیادی رویانی یعنی آنتی‌ژن‌های مختص رده رویانی 3 و4 (SSEA-4 ، SSEA-3) مثبت بودند(140 ، 13). این سلول‌ها به طور موفقیت‌آمیزی به سلول‌های اختصاصی هر سه لایه جنینی تمایز داده می‌شوند بنابراین می‌توان آن‌ها را تحت عنوان سلول‌های بنیادی چند قوه توصیف کرد(143، 142، 140).
سلول‌های بنیادی سوماتیک نامحدود: کوگلر و همکارانش حضور سلول‌هایی با پتانسیل چند قوه،ای، تحت عنوان سلول‌های بنیادی سوماتیک نامحدود(USSC = Unrestricted Somatic Stem Cells) با قدرت تمایز به استئوبلاست، کندروبلاست،آدیپوسیت، سلول‌های خونساز و سلول‌های عصبی را در خون بند ناف نشان دادند و استفاده از این سلول‌های مشتق از خون بند ناف در جنین گوسفند منجر به هماتوپوئز انسانی چشمگیر و هم چنین شناسایی کاردیومیوسیت‌های انسانی شد(144). مطالعه دیگری حضور این سلول‌های چند قوه‌ای را در خون بند ناف گزارش کردند، در این مطالعه سلول‌های CD34+ ترانسفکت شده با پروتئین فلورسنت سبز(GFP) را به طور داخل رحمی به بزغاله تزریق نمودند، سپس سلول‌های GFP+ در خون، مغز استخوان، طحال، کبد، کلیه، عضله، ریه و قلب بزغاله مشاهده شد(145).
پیش‌سازهای اندوتلیال و سلول‌های تحریک‌کننده آنژیوژنز: خون بند ناف حاوی سلول‌های پروژنیتور اندوتلیالی (EPC = Endothelial progenitor Cells) است که پتانسیل تکثیری وسیع و تشکیل عروق عملکردی با عمر طولانی در in vivo را دارند(147، 146). مطالعه‌ای نشان داد که سلول‌های CD11b+ و CD34+ که تقریباً کمتر از نیمی از سلول‌های CD34+ خـون بند ناف را تشکیل می‌دهد، توانایی تمایز به سلـول‌های اندوتلیال عملکردی در in vito و in vivo را دارد(148). در مطالعه دیگری سلول‌های VEGFR3+ (Vascular endothelial growth factor) و CD34+ نه تنها توانایی تمایز به سلول‌های اندوتلیال در in vivo را دارند بلکه حتی باعث تکثیر حدوداً 40 برابری آن‌ها در شرایط آزمایشگاهی و متعاقباً حفظ عملکرد رگ‌زایی در in vivo می‌شود. در همان مطالعه نشان داده شد که غلظت این بخش پروژنیتور اندوتلیـال در سلول‌های CD34+ بند ناف حدوداً 10 بـرابـر بالاتر از سلول‌های CD34+ مغز استخوان است(149). سلول‌های تک هسته‌ای خون بند ناف نیز در مطالعه‌های مختلف حیوانی و انسانی باعث تحریک آنژیوژنز می‌شود (153-150). علاوه بر این سلول‌های بنیادی مزانشیمی موجود در خون بند ناف با ترشح سایتوکاین‌ها و فاکتورهای رشدی چون VEGF وFGF-2 (Fibroblast growth Factor-2) باعث تحریک آنژیوژنز می‌شوند(155، 154). هم چنین مطالعه‌هایی هستند که گزارش می‌دهند سلول‌های بنیادی مزانشیمی با تمایز مستقیم به سلول‌های اندوتلیال در آنژیوژنز نقش دارند(156).
لنفوسیت‌ها: در مقایسه با خون محیطی بزرگسالان، خون بند ناف حاوی نسبت بالایی از سلول‌های T باکره با فنوتیپ CD62L+ ، CD45RO- ، CD45RA+ است. شاید یک علت آن کمتر قرار گرفتن جنین در معرض پاتوژن‌های محیطی و واکسن‌ها در مقایسه با بزرگسالان است(157). هم چنین خون بند ناف حاوی لنفوسیت‌های B و به تعداد کمتر لنفوسیت‌های T (CD3+) می‌باشد ولی نسبت CD4+ به CD8+ بالاتر از میزان آن در خون محیطی است(159، 158). خون بند ناف حاوی سلول‌های T تنظیمی(CD4+ ، CD25+) است که به عنوان واسطه کنترل GVHD مطرح می‌باشند. ساکاگوچی و همکارانش اولین کسانی بودند که نشان دادند موش‌های NOD فاقد لنفوسیت‌های CD4+ T و CD25+ مبتلا به بیماری‌های اتوایمیون می‌شدند. سلول‌های T تنظیمـی سلول‌هایـی هستنـد کـه 5% تا 10% سلول‌های CD4+ T خون محیطی را تشکیل می‌دهند و از نظر مارکرهای سطحیCTLA-4(CD152) ، رسپتور TNF القاشده با گلوکوکورتیکوئید(GITR)، OX-40 (CD134) و FOXP3 مثبت می‌باشند(164، 163، 161، 132). هم چنین این سلول‌ها مولکول اینتگرین CD62 L (L-Selectin) و رسپتور کموکاین CCR7 را که برای لانه گزینی آن‌ها در بافت لنفوئید ثانویه ضروری است و رسپتورهای کموکاینی CCR4 و CCR8 را که باعث هدایت سلول‌های T تنظیمی به منطقه التهاب برای کاهش فعال‌سازی سلول‌های T می‌شود، بیان می‌کنند(168-165). سلول‌های CD4+CD25+ خون بند ناف شبیه به خون محیطی است(171-169). زیر گروه CD4+CD25bright فراوانی بالاتری در خون بند ناف نسبت به خون محیطی دارند(171، 169). در مورد بیان FOXP3 روی سلول‌های TCD4+CD25+ موجود در خون بند ناف در مقایسه با خون محیطی نتایج متناقضی وجود دارد(172، 171). در مطالعه‌ای که به بررسی اثر اینترلوکین 22 به عنوان عضوی از خانواده مهاری اینترلوکین 10 بر سلول‌های T تنظیمی خون بند ناف پرداختند، مشاهده کردند که این سلول‌ها رسپتور اینترلوکین 22 را بیان نکرده و بنابراین تاثیری بر بیان FOXP3 و CD25 نداشت(173). تعداد و فعالیت سلول‌های T تنظیمی در خون بند ناف با درجه تماس آنتی‌ژنی مادر در طی حاملگی مرتبط است(174). سلول‌های T تنظیمی موجود در خون بند ناف فریز شده را می‌توان با انتخاب مثبت توسط ریزمهره‌های مغناطیسی کونژوگه با آنتی CD25 جداسازی کرد(175). تنها در حدود 106 * 5 (106 * 7-3) سلول T تنظیمی را می‌توان از یک واحد خون بند ناف جدا کرد(177، 176). از آن جا که تعداد سلول T تنظیمی موجود در خون بند ناف برای چندین بار تزریق به منظور ایمونوتراپی برای پیشگیری از GVHD کافی نیست، روش‌هایی برای تکثیر آزمایشگاهی سلول‌های T تنظیمی موجود در خون بند ناف در حال بررسی است(176). مطالعه‌های مختلفی وجود دارند که پیشنهاد می‌دهند سلول‌های کشنده طبیعی(NK) با کاهش تنظیمی سلول‌های T آلوراکتیو، کاهش تکثیر سلول‌های T اهداکننده و افزایش آپوپتوز سلول‌های T ، نقش تنظیمی مهمی را در GVHD ایفا می‌کنند(177). سلول‌های کشنده طبیعی لنفوسیت‌هایی هستند که از نظر مارکر CD3 منفی بوده و از نظر CD16 و یا CD56 مثبت هستند. بر اساس بیان سطحی CD16 و CD56 ، سلول‌های کشنده طبیعی به چهار زیر گروه تقسیم می‌شوند. جمعیت CD16+CD56- که به فراوانی در خون بند ناف نسبت به خون محیطی ومغز استخوان موجودند (178). سلول‌های -CD16+CD56 میزان برابری از پرفورین و گرانزیم B با سلول‌های CD16+CD56+ بیان می‌کنند (182-179). کشت سلول‌های - CD16+CD56مشتق از خون بند ناف با اینترلوکین 2 و 5 منجر به کسب مارکر CD56 می‌شود که نشان می‌دهد سلول‌های کشنده طبیعی که CD16+CD56- هستند، احتمالاً پروژنیتور سلول‌های کشنده طبیعی هستند و هم چنین این یافته‌ها نشان می‌دهد که سلول‌های کشنده طبیعی CD16+CD56+موجود در خون بند ناف از نظر عملکردی نابالغ هستند اما پتانسیل لیز سلولی را دارند(178). خون بند ناف نسبت به مغز استخوان و خون محیطی حاوی تعداد بالاتر سلول‌های کشنده طبیعی است در حالی که تعداد جمعیت لنفوسیت‌های T سیتوتوکسیک، CD56+ کمتری دارد(183، 30). هم چنین سلول‌های خون بند ناف میزان مطلق کمتری از سایتوکاین‌ها نسبت به سایر منابع بزرگسالان تولید می‌کند(184). علاوه بر این در خون بند ناف سایتوکاین‌های ضد التهابی، اینترفرون گاما، اینترلوکین 4 و اینتر لوکین 10 نسبت به سایتوکاین‌های پیش التهابی (اینترلوکین 2) فراوان‌تر است(184). این کمبود بلوغ سیستم ایمنی در شیوع کمتر GVHD و انتقال عفونت‌های ویروسی مهم است.
سلول‌های دندریتیک: از آن‌جا که سلول‌های دندریتیک موجود در خون بند ناف نابالغ هستند، توانایی ایمونولوژیکی ناقصی در عرضه آنتی‌ژن دارند(186، 185). سلول‌های دندریتیک موجود در خون بند ناف عمدتاً سلول‌های دندریتیک پلاسموسیتوئید هستند(CD11 c- و CD123+) تا سلول‌های دندریتیک میلوئید(CD11 c- و CD123-)(188، 187). علاوه بر این سلول‌های دندریتیک پلاسموسیتوئید موجود در خون بند ناف، مولکول‌های کمک تحریکی و TNF-α کمتری در مقایسه با سلول‌های دندریتیک موجود در نمونه خون محیطی بزرگسالان بیان می‌کنند که نشان‌دهنده پاسخ ناقص آن‌ها به لیپوپلی ساکارید و سیتوزین فسفات گوانوزین غیرمتیله(CPG) می‌باشد(187). در مقایسه با سلول‌های دندریتیک خون محیطی، سلول‌های دندریتیک خون بند ناف با تولید اینترلوکین 4 باعث مهار تولید اینترفرون گاما و مهار تمایز سلول‌های T به سمت Th1 می‌شوند(189). نادری و همکارانش نشان دادند که سلول‌های دندریتیک خون بند ناف، مولکول‌های سطحی مرتبط با آپوپتوز (FasL) بالاتری را بیان می‌کنند که منجر به آپوپتوز سلول‌های دندریتیک و در نتیجه کاهش فعال شدن لنفوسیت‌های T می‌شود(190). بنابراین سلول‌های دندریتیک موجود در خون بند ناف که از نظر ایمونولوژیک ضعیف هستند، فاکتور مهمی در کاهش بروز GVHD در پیوند خون بند ناف می‌باشند. لازم به ذکر است که خون بند ناف حاوی سلول‌های بالغ خونی مثل اریتروسیت‌ها و پلاکت‌ها نیز می‌باشد و روش‌های تکثیر سلول‌های بالغ خونی مثل اریتروسیت‌ها و پلاکت‌ها از سلول‌های پروژنیتور خونساز خون بند ناف در حال بررسی است(193-191).
روش‌های تکثیر سلول‌های بنیادی خون بند ناف: همان طور که گفته شد، یکی از محدودیت‌های استفاده از خون بند ناف کم بودن سلول‌های بنیادی موجود در یک واحد خون بند ناف است. پیوندپذیری با تاخیر و نقص در پیوندپذیری خون بند ناف عمدتاً به علت مقدار سلول کم در هر واحد خون بند ناف است. یکی از راه‌های غلبه بر این محدودیت، استفاده از 2 واحد خون بند ناف به جای یک واحد(که تحت عنوان پیوند دو واحد شناخته می‌شود) است که شانس بیمار دریافت‌کننده [t10] پیوند خون بند ناف را افزایش می‌دهد(194). راه دیگر، پیوند هم زمان یک واحد خون بند ناف به همراه سلول‌های بنیادی خون محیطی انتخاب شده از نظر CD34 یاCD34 همراه با CD133 از گروه سوم اهداکنندگان می‌باشد(195). در مطالعه ماگرو و همکارانش سلول‌های بنیادی خونساز خون محیطی با G-CSF موبیلیزه شده و از نظر سلول‌های T تخلیه گردید و به همراه یک واحد خون بند ناف سازگار از نظر HLA تزریق گردید. میانگین زمان پیوندپذیری نوتروفیلی و پلاکتی به ترتیب در 10 و 33 روز اتفاق افتاد که این روش تسریع پیوندپذیری با حداقل عوارض را امکان‌پذیر می‌سازد. از آن جا که در بسیاری از موارد واحدهای خون بند ناف با تعداد سلول کم و تفاوت 3-0 ناسازگاری، گاهی تنها گزینه انتخابی بیماران بزرگسال است، در این مواقع استفاده از سلول‌های بنیادی خونساز جدا شده از اهداکننده سوم امکان استفاده از واحدهای خون بند ناف با تعداد سلول‌های تک هسته‌ای کمتر از حد آستانه برای پیوند را مقدور می‌سازد(196). روش دیگر برای غلبه بر این محدودیت‌ها، روش‌های تکثیر آزمایشگاهی سلول‌های بنیادی خونساز آلوژنیک یا اتولوگ قبل از تزریق به گیرنده است. بر این اساس اگر تعداد سلول‌های بنیادی خونساز جمع‌آوری شده در خون بند ناف کمتر از حد مورد نیاز باشد، می‌توان سلول‌های بنیادی خونساز را تکثیر و گسترش داد. در سال‌های اخیر پیشرفت‌های عمده‌ای در جهت تکثیر سلول‌های بنیادی خون بند ناف انجام شده است. به طور کلی روش‌های تکثیر آزمایشگاهی خون بند ناف به دو دسته: کشت در سوسپانسیون مایع و هم کشتی با سلول‌های استرومال تقسیم می‌شوند. در کشت‌های مایع، سلول‌های بنیادی خون بند ناف جدا شده در معرض ترکیبی از سایتوکاین‌ها، فاکتورهای رشد و سایر فاکتورها در مدت زمان مشخص قرار می‌گیرند. قبل از کشت، پروژنیتورهای خونساز از واحدهای خون بند ناف جدا می‌شوند. سایتوکاین‌های G-CFS ، GM-CSF ، SCF ، FLT3L ،IL11 ، IL6 ، IL3 ، IL1 ، ترومبوپوئتین و اریتروپوئتین در درجات مختلف، بیشترین سایتوکاین‌هایی هستند که از نظر اثرات تکثیری و تمایزی شان بر سلول‌های خونساز اولیه و تکثیر آن‌ها استفاده شده‌اند (204-197). در مطالعه‌ای که خلیلی و همکارانش به منظور ارزیابی محیط‌های مختلف برای دستیابی به بهترین شرایط کشت برای تکثیر سلول های خونسازخون بند ناف انجام دادند، نتایج مقایسه بین محیط کشتRPMI 1640 همراه با 10% سرم جنین گاوی(FCS) و یا 10% پلاسمای خون بند نافCBP) ) و هم چنین محیط فاقد سرم در حضور 50 نانوگرم بر میلی‌لیتر از ترکیب سایتوکاینی IL-6 ، IL-3 ، TPO ، SCF و Flt3-L (SF) به مدت دو هفته نشان دادند که محیط SF تاثیر بیشتری بر تکثیر سلول‌های خونساز مورد استفاده در پیوند(تا بیش از 5 برابر) نسبت به دو محیط حاوی FCS و CBP دارد(205). مطالعه‌های مختلف نیز نشان دادند که اضافه کردن MIP1- αبه ترکیب سایتوکاینی فوق باعث افزایش تعداد سلول‌های بنیادی خونساز می شود(206، 97). به دلیل[t11] محدودیت‌های استفاده از محیط‌های کشت حاوی سرم حیوانی در پیوندهای انسانی، مطالعه‌های مختلفـی به مقایسه محیط‌های فاقد سرم با محیط‌های کشت حاوی FCS یا پلاسمای خون بند ناف اتولوگ پرداخته‌اند و تاثیر بیشتر محیط‌های فاقد سرم را بر گسترش سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف نشان دادهاند(211-207). در هم کشتی استرومال، سلول‌های خون بند ناف با استفاده از سلول‌های استرومایی به عنوان سلول‌های حمایت‌کننده تکثیر داده می‌شوند. در این زمینه ژانگ و همکارانش نشان دادند که سلول‌های استئوبلاستی دوکی شکل N - کادهرین مثبت و CD45- (SNO) از طریق تماس فیزیکی، مسؤول حفظ طولانی مدت سلول‌های بنیادی خونساز می‌شوند(212). سلیمانی و همکارانش نیز با هم کشتی HSC های خون بند ناف با سلول‌های بنیادی مزانشیمی موشی همراه با سایتوکاین‌های TPO،SCF و FLT3/FLK2 در محیط کشت فاقد سرم، شاهد تکثیر 10 تا 20 برابری سلول‌های بنیادی خونساز در طی یک یا دو هفته بودند(214، 213). هم چنین در مطالعه‌ای دیگر سلول‌های بنیادی خونساز کشت داده شده بر بستر سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه فیدر منجر به تکثیر بالاتر و سرعت آپوپتوز کمتر آن می‌شود(215).[t12]
انواع مختلف روش‌های تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف: بـا شناخـت مسیرهـای مختلـف پیامدهی داخل سلولی سلول‌های بنیادی خونساز، از روش‌های متفاوتی برای تکثیر آزمایشگاهی آن‌ها استفاده شده است(جدول 1).
جدول 1: روش‌های مختلف تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف به تفکیک مسیرهای پیامدهی داخل سلولی
مکانیسم سلولی
نتایج
رفرانس
سیگنالینگ Notch
تیمار پروژنیتورهای خون بند ناف CD34+ با سیگنالینگNotch باعث افزایش تعداد مطلق سلول‌های بنیادی/پروژنیتور در حدود بیش از 100 برابر می‌شود
216
مسیر سیگنالینگ Wnt
حضور ژن‌های Wnt منجر به افزایش تعداد سلول‌های کمتر تمایز یافته خونساز و کاهش سلول های بالغ نسبت به کنترل می‌شود
217
ترکیب Wnt و Notch
مسیرهای Wnt و Notch مسیرهای پاراللی در سلول‌های بنیادی خونساز هستند که در آن Wnt باعث افزایش پرولیفراسیون و بقای سلول‌های بنیادی خونساز می‌شود در حالی که Notch مانع تمایز آن‌ها می‌شود
218
پروتئینهای شبه آنژیوپوئتین (AngptI)
استفاده از این پروتئین‌ها باعث تکثیر طولانی مدت 24 تا 30 برابری سلول‌های بنیادی خونساز می‌شود
219
TAT-HOXB4
استفاده از TAT-HOXB4نوترکیب خالص شده منجر به افزایش 5/7 برابری در سلول‌های پروژنیتور CD34+ موجود در خون بند ناف و خون محیطی می‌شود
مولکول کوچک آگونیست C-mpl یعنی NR-101 باعث تکثیر سلول‌های بنیادی خون بند ناف و افزایش 3/2 برابری در جایگزینی سلول‌ها در موش SCID در مقایسه با TPO می‌شود
221
zVADfmk و zLLYfmk
افزودن مهارکننده‌های پروتئازی zVADfmk (مهارکننده کاسپاز) و zLLYfmk (مهارکننده کالپئین) به محیط‌های کشت سلول‌های CD34+ خون بند ناف باعث افزایش محتوای سلولی CD34+ در حدود 3 تا 5 برابر نسبت به کنترل می‌شود
222
پروتئین چاپرون ER GRP94))
مدل موشی فاقد ژن GRP94 نقص در لانه گزینی سلول‌های بنیادی خونساز در نیچه به همراه جمعیت افزایش یافته سلول‌های بنیادی خونساز اولیه را نشان دادند
223
پروستاگلندین E2 (PGE2)
سلول‌های بنیادی خونساز موجود در خون بند ناف، رسپتورهای PGE2 را بیان می‌کنند و به تحریک EX vivo با PGE2 پاسخ می‌دهند. سلول‌های خون بند ناف انسانی تیمار شده با PGE2 ، میزان آپوپتوز کمتر و پرولیفراسیون بیشتری را نشان دادند
224
آنتاگونیست رسپتور آریل هیدروکربنی SR1
stemregenin 1 (SR1) زمانی که به سایر سایتوکاین‌ها در محیط کشت اضافه می‌شود، باعث افزایش سلول‌های بنیادی/پروژنیتور خونساز در حدود 10 برابر در مقایسه با سایتوکاین‌ها به تنهایی می‌شود
غلظت بالای BMP-4 می‌تواند تمایز سلول‌های بنیادی خونساز خون بند ناف CD38- و CD34- را مهار می‌کند، هم چنین می‌تواند به طور غیر مستقیم باعث کنترل سلول‌های بنیادی خونساز با تنظیم سایز نیچه سلول‌های بنیادی خونساز شود
227 و 228
Bmi-1
بیان بیش از حد Bmi-1 باعث افزایش تقسیم متقارن سلول‌های بنیادی خونساز و افزایش تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز می‌شود
229
شلاتورهای مس تترا اتیلن پنتامین TEPA))
تیمار سلول‌های CD34+ مشتق از خون بند ناف در محیط مایع حاوی TPO ، IL6 ، FLT3L ، SCF با شلاتور مس تترا اتیلن پنتامین(TEPA) باعث حفظ فنوتیپ اولیه سلول‌ها می‌شود
230-232
آل ترانس رتینوئیک اسید (ATRA)
آل ترانس رتینوئیک اسید(ATRA) در تنظیم هماتوپوئز نقش دارد و باعث افزایش لانه گزینی طولانی مدت سلول‌های موشی می‌شود
233
اپی ژنتیک
استفاده از عوامل هیپومتیله کننده و هیستون د استیلاز به ترتیب باعث افزایش ظرفیت خودنوسازی و پیوندپذیری سلول‌های بنیادی می‌شود. یک نمونه از این عوامل، گارسینول است که یک مهارکننده هیستون استیل ترانسفرازی است که تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز CD34+ را تحریک می‌کند
234-236
نتیجه‌گیری خون بند ناف منبعی فراوان و در دسترس از سلول‌های بنیادی با عدم بلوغ ایمونولوژیکی و پلاستیسیتی بالاست که آن را نسبت به سایر منابع سلول‌های بنیادی ارجح ساخته است و یکی از بهترین منابع سلول‌های بنیادی در زمینه تحقیقات و کاربردهای بالینی است. اما مشکل عمده در استفاده از خون بند ناف، کم بودن سلول‌های بنیادی خونساز موجود در نمونه خون بند ناف است که تاکنون مطالعه‌های متعددی به بررسی روش‌های مختلفی هم چون تزریق هم زمان دو واحد خون بند ناف و راهبردهای تکثیر سلولی برای افزایش تعداد این سلول‌ها پرداخته‌اند. به نظر می‌رسد که ترکیبی از واحدهای تکثیر داده شده در شرایط آزمایشگاهی(به منظور بازیابی
هماتوپوئز اولیه) همراه با واحد دستکاری نشده(به منظور هماتوپوئز طولانی مدت) می‌تواند راهبرد مناسبی باشد. باید به این نکته اشاره کرد با این که روش‌های تکثیر آزمایشگاهی روش‌هایی مفید هستند اما نباید این روش‌ها به عنوان تنها روش برای افزایش عملکرد سلول‌های بنیادی خونساز استفاده شوند چون ممکن است خصوصیات رشد سلول‌های بنیادی خونساز در شرایط آزمایشگاهی شبیه به داخل بدن نباشد. در این مطالعه حضور جمعیت‌های مختلف سلولی علاوه بر سلول‌های بنیادی خونساز در خون بند ناف بررسی شد که با پیشرفت روش‌هایی برای جداسازی و تکثیر این اجزا، استفاده از این منبع در درمان بهتر و پیشرفته‌تر بیماری‌های مختلف، ایمنوتراپی، مهندسی بافت و طب ترمیمی را در آینده مقدور می‌سازد.
[m7]این رفرانس دقیقا طبق متن خود مقاله است و اشاره به یکماه پس از نگهداری دارد .که بر پارامترهای ذکرشده در بالا تاثیری نداشته است در صورت لزوم بفرمایید تا حذف شود
Mohammadali F, Atashi A, Soleimani M, Abroun S, Pourfathollah A, Kaviani S, et al . Umbilical cord blood: stem cells and ex vivo expansion methods. Sci J Iran Blood Transfus Organ 2015; 12 (2) :183-205 URL: http://bloodjournal.ir/article-1-874-fa.html
