جلد 12، شماره 3 - ( پاييز 1394 )
جلد 12 شماره 3 صفحات 302-292 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Saleh M, Shams Asanjan K, Movassaghpour Akbari A, Akbarzadeh P, Molaeipour Z. The Effect of Mesenchymal Stem Cells on Hematopoetic Stem Cells Differentiation. Sci J Iran Blood Transfus Organ 2015; 12 (3) :292-302
URL: http://bloodjournal.ir/article-1-894-fa.html
URL: http://bloodjournal.ir/article-1-894-fa.html
صالح مهشید، شمس اسنجان کریم، موثق‌پور اکبری علی‌اکبر، اکبرزاده پروین، مولایی‌پور زهرا. اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک. فصلنامه پژوهشی خون. 1394; 12 (3) :292-302
تبریز ـ ایران‌‌ـ صندوق پستی: 51335
متن کامل [PDF 275 kb]
(3835 دریافت)
| چکیده (HTML) (16827 مشاهده)
مقدمه
خونسازی اولیه بر طبق آناتومی ابتدایی جنین ابتدا از کیسه زرده شروع شده و سپس به صورت گذرا در جفت و کبد پیش می‌رود و نهایتاً در مغز استخوان جنینی تثبیت می‌شود(1).
در استرومای مغز استخوان دو مجموعه سلول بنیادی (Stem Cell) وجود دارند، شامل سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک(Hematopoetic Stem Cell = HSC) که از آن تمامی سلول‌های خونی(Red blood cell & White blood cell) به وجود می‌آیند و سلول‌های بنیادی مزانشیمی (Mesenchymal stem cell = MSC) که کندروسیت‌ها (غضروف)، استئوبلاست‌ها(استخوان)، سلول‌های چربی و ماهیچه‌های اسکلتی را تولید می‌کنند(2).
در حفره استخوانی، سلول‌های هماتوپویتیک در حال رشد و تکثیر بوده و تا زمان بلوغ در مغز استخوان باقی می‌مانند و پس از بلوغ به سیستم عروقی آزاد می‌شوند(4، 3). سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و اجدادشان در مغز استخوان توسط سلول‌های استرومال احاطه شده‌اند. سلول‌های بنیادی مزانشیمی ساکن در حفره استخوان اکثریت سلول‌های رده استرومال مغز استخوان از قبیل کندروسیت‌ها، استئوبلاست‌ها، ادیپوسیت‌ها، اندوتلیال سل‌ها و میوسیت‌ها را تشکیل می‌دهند(7-5).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
تمامی سلول‌های خونساز از جمعیت کوچکی از سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک مشتق می‌شوند(8). سلول‌های هماتوپویتیک بنیادی عملکردی، فاقد مارکرهای سطحی سلول‌های تمایز یافته یا سلول‌های خونی بالغ هستند اما سطح بالایی از CD34 و Kit+ را بیان می‌کنند(10، 9). سلول‌هـای بنیـادی هماتوپویتیک بر اساس توانایی‌شان در خودنوسازی(Self renewal) به دو گروه سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با قابلیت رشد طولانی مدت(LT-HSC: long term hematopoetic stem cell) و کوتاه مدت (ST-HSC: short term hematopoetic stem cell) تقسیم می‌شوند.
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با قابلیت رشد طولانی
مدت دارای توانایی خودنوسازی نامحدودی می‌باشند و می‌توانند خودنوسازی طولانی مدت را حفظ کنند در حالی که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک کوتاه مدت پتانسیل خود نوسازی محدودی دارند و خونسازی را تنها به مدت محدودی در داخل بدن حفظ می‌کنند(13-11، 8).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های اجدادی دارای مارکرهای اختصاصی هستند که آن‌ها را از دیگر سلول‌ها تمایز می‌دهند. CD34 یک مولکول چسبندگی است که بر روی تمامی سلول‌های اجدادی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بیان می‌شود .از دیگر مارکرهای مهم سطح سلولی، CD90 را می‌توان نام برد که فقط بر روی سلول‌های اولیه هماتوپویتیک بیان می‌شود. عدم حضور CD38 بر روی سلول نشان‌دهنده ابتدایی‌ترین مرحله خونسازی است. CD10 وCD7 مارکرهای مهم مراحل اولیه رده لنفوئیدی هستند. CD123(رسپتور اینترلوکین 3) و CD135 (FLT3 نامیده می‌شود) مربوط به رده میلوئیدی و CD110 گیرنده ترومبوپوئیتین است که به رده پلاکتی مربوط می‌شود(14).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک دارای ویژگی خودنوسازی برای حفظ ذخیره سلول بنیادی و پتانسیل چند قوه‌ای برای تمایز به دیگر رده‌های بالغ سلول‌های هماتوپویتیک می‌باشند. در حالی که سلول‌های اجدادی هماتوپویتیک خودنوسازی نداشته و ظرفیت تمایزشان تنها محدود به رده خاص است.
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های اجدادی خونساز با استفاده از مارکرهای سطحی از یکدیگر مجزا می‌شوند(15). مارکر CD150، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را از سلول‌های اجدادی خونساز متمایز می‌کند. سلول های بنیادی هماتوپویتیک CD150+ ، CD244- و CD48- هستند در حالی که سلول‌های اجدادی هماتوپویتیک چند قوه‌زا CD150- ، CD48- وCD244+ و سلول‌های اجدادی محدودتر CD48+، CD244+ وCD150- می‌باشند(16).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی:
سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول های دوکی شکل بـا
خاصیت چسبندگی به پلاکت هستنـد کـه از مغز استخوان،
چربی و دیگر بافت‌ها با ظرفیت تمایزی چند قوه‌زایی در شرایط آزمایشگاهی جدا می‌شوند(17). سلول‌های بنیادی مزانشیمی در محیط کشت با نیمه عمر محدود با خاصیت مضاعف شدن حدود 15 تا 50 بار، گسترش می‌یابند. این سلول‌ها در برابر محرک‌های مناسب در شرایط آزمایشگاهی و در بدن به سلول‌های چربی، غضروفی و استئوبلاست‌ها تمایز می‌یابند(19، 18).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی مارکر خاص و منحصر به فردی ندارند اما یک توافق کلی وجود دارد که این سلول‌های انسانی، مارکرهای هماتوپویتیک نظیر CD45 ، CD34 و CD14 یا مولکول‌های کمک محرک CD80 ، CD86 وCD40 را بیان نمی‌کنند، درحالی که سطوح متغیری از CD105 (اندوگلین) ،CD73 (اکتو- 5- اندونوکلئوتیداز)، CD44، CD90 (THY-1)،CD71 (رسپتور ترانسفرین)، گانگلیوزید GD2 و CD271 (رسپتور فاکتور رشد عصب با افینیتی پایین) را بیان می‌کنند و توسط آنتی‌بادی مونوکلونال STRO-1 شناسایی می‌شوند. بیان متغیر این مارکرها احتمالاً ناشی از تفاوت‌های گونه‌ای، منشاء بافتی و شرایط کشت می‌باشد(20).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی سایتوکاین‌های متعددی را ترشح می‌کنند که در مقاله عزیزی و همکارانش خلاصه شده است(21). بسیاری از سایتوکاین‌ها مربوط به تمایز و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک هستند که می‌توان از بین آن‌ها به IL-6 ، FLT3L ، SCF ، GCSF و GMCSF اشاره کرد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی تعدادی از آنتی‌ژن‌های چسبندگی(CD166 ،CD54 ،CD31 و CD106) و اینتگرین‌ها (CD49 ، CD29 ، CD11،β4 Integrins) را بیان می‌کنند(19).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های آغازگر کشت طولانی مدت انسان را حمایت می‌کنند و می‌توانند به عنوان یک لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک عمل کنند(22).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان می‌توانند خونسازی طولانی مدت را در شرایط آزمایشگاهی حفظ کننـد و در ترکیـب بـا سایتوکایـن‌های اگزوژن اضافه شده
(مانند SCF ، FLT3L و TPO)، گسترش و تکثیر سلول‌های
کلون‌زای هماتوپویتیک را حمایت می‌کنند(23).
مراحل تمایز سلول‌های خونی:
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با بقای کوتاه مدت از سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با بقای طولانی مدت مشتق می‌شوند. این سلول‌ها سلول‌های اجدادی مشترک میلوئیدی و سلول‌های اجدادی مشترک لنفوئیدی را تولید می‌کنند. سلول‌های اجدادی مشترک لنفوئیدی منشاء پیشسازهای متعهد به رده لنفوسیت T وB می‌باشند. در حالی که سلول‌های اجدادی اریتروئید/مگاکاریوسیت به سمت سلول‌های اجدادی اریتروئیدی/مگاکاریوسیتی و سلول‌های اجدادی ماکروفاژ/گرانولوسیت می‌روند و سلول‌های اجدادی ماکروفاژ/گرانولوسیت، پیشسازهای متعهد ماست سل‌ها، ائوزینوفیل‌ها، نوتروفیل‌ها و ماکروفاژها را تولید می‌کنند(24).
مسیرهای سیگنالینگ دخیل در سرنوشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
تعداد متعددی از مسیرهای پیام‌رسانی دخیل در خونسازی از قبیل Wnt ، Notch ، Hedgehog ، TGFb / SMAD در مسیر تکامل در موجودات مختلف حفظ شده‌اند. مضاف بر این، چندین مسیر دیگر نیز وجود دارند که خودنوسازی، تمایز، تکثیر، آپوپتوز و پیری سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کنند(25).
فاکتورهای مختلفی در هم کنش سلول‌های هماتوپویتیک و سلول‌های بنیادی مزانشیمی دخالت دارند. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک توسط مولکول‌های چسبندگی مانند N-کادهرین و β اینتگرین‌ها به سلول‌های بنیادی مزانشیمی متصل می‌شوند. سایتوکاین‌های محلول ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی مانند Kit-L ، SDF-1 وAng1 رشد و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را از طریق گیرنده‌های Kit ،CXCR4 و Tie2 حمایت می‌کنند. زمانی که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در مجاورت سلول‌های بنیادی مزانشیمی قرار بگیرند، بیان لیگاندهای Notch (Jagged ,Delta like) در سلول‌های بنیادی مزانشیمی از طریق مسیر Wntدر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک افزایش می‌یابد. مضاف بر آن بیان رسپتورهای Notch در سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با واسطه sonic Hedgehog(Shh) در سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک افزایش می‌یابد. فاکتور رشد VEGF می‌تواند بیان رسپتور Notch را به صورت اتوکرین یا پاراکرین افزایش دهد و با افزایش فعالیت مسیر سیگنالینگ Notch ، بیان ژن‌هـای هدف پایین دست از قبیلHes1 القا می‌شود. بیان BMP نیز در سلول‌های مزانشیمی توسط مسیر پیام‌رسانی Shh افزایش می‌یابد(26).
از طرف دیگر فعال شدن Notch1 تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در هر دو شرایط داخل بدن و آزمایشگاهی مهار می‌کند و نتایج نشان می‌دهد که مسیر سیگنالینگ Notch در بقا وگسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نقش دارد(28، 27).
اثر مهاری مسیر پیام‌رسانی Notch روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی نشان می‌دهد کـه لیگاندهای Notch1ممکن است تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حمایت کند(29). مهار مسیر سیگنالینگ Notch تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در شرایط آزمایشگاهی افزایش می‌دهد و باعث کاهش ذخیره سلـول‌هـای بنیـادی همـاتوپویتیـک در بـدن می‌شوند(30).
مسیر سیگنالینگ Wnt تمایز چند رده‌ای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را بلوکه کرده وباعث ابقای آن‌ها در حالت تمایز نیافته می‌شود(31). این مسیر سیگنالینگ نقش حیاتی در خود نوسازی، بقای سلولی و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی و در داخل بدن دارد(33، 32).
مسیر سیگنالینگ MAPK کیناز نقش اساسی در فیزیـولوژی سلولی بازی می‌کند و رفتارهای سلولی متعددی از جمله فرآیندهای سلولی و تمایز را سازمان‌دهی می‌نماید(34). در سیستم خونسازی فعال شدن MAPK1 نقش مهمی در تکثیر و تمایز به سمت رده ماکروفاژ/ گرانولوسیت بازی می‌کند(35).
اثر سلول‌های مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مغز استخوان بزرگسالان
سیگنال‌هایی برای تمایز و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و اجدادشان، از طریق تماس مستقیم سلول با سلول ایجاد می‌کنند(36). هم چنین این سلول‌ها سایتوکاین‌ها و فاکتورهایی را به منظور رشد سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک ترشح می‌کنند(39-37).
در مطالعه‌ای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف را با سلول‌های بنیادی مزانشیمی در شرایط آزمایشگاهی هم کشتی دادند. به این صورت که سه شرط کشت را برای آن‌ها مهیا کردند: 1- هم کشتی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با سایتوکاین‌ها همراه با سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده، 2- کشت با سایتوکاین‌ها بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی، 3- هم‌کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی بدون سایتوکاین‌ها. سایتوکاین‌های به کار رفته شامل SCF ، TPO و FLT3L بودند. نتایج به این صورت بود که بیشترین میزان آپوپتوز و کمترین تعداد سلول در فاز G0/G1 در کشت با سایتوکاین بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشاهده شد. گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بندناف روی لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی مزانشیمی، منجر به تکثیر بالا و کاهش میزان آپوپتوز می‌شود و این مطالعه نشان داد که استفاده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده برای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف، میزان آپوپتوز را در سلول‌های گسترش یافته کاهش می‌دهد و آن‌ها را در فاز G0/G1 نگه می‌دارد(40).
در مطالعه‌ای داسیلوا و همکارانش سلول‌های CD34+ خون بند ناف را در محیط بدون سرم غنی شده با سایتوکاین‌های SCF ، bFGF ،LIF وFLT3 در حضور یا عدم حضور سلول‌های استرومال کشت دادند و مشاهده کردند که سلول‌های استرومال، فرآیند گسترش را بدون القای تمایز و فرسودگی استم سل‌های اولیه حمایت می‌کنند(41).
هم چنین در جایی دیگر نشان دادند که سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه کننده‌ای عمل می‌کنند که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در حالتی تمایز نیافته حفظ می‌کنند(42). تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در طی گسترش آن‌ها، فرآیند پیری و مرگ سلولی را افزایش می‌دهد اما این تماس مستقیم بین استم سل‌ها و ریز محیط سلولی نشان‌دهنده نقش اساسی آن‌ها در خونسازی در مقابل تمایز است(44، 43).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی سایتوکاین‌ها و فاکتورهای متنوعی را تولید می‌کنند که خونسازی را تحت تاثیر قرار می‌دهند(46، 45). از میان این‌ها می‌توان به IL-6 ، (FL) Flt3-L ، SCF ، G-CSF ، M-CSF ، GM-CSF ، TPO ، CXCL-12 (SDF1) و IL-11اشاره کرد(48، 47، 22).
IL-6 نقش حیاتی در پاسخ ایمنی و خونسازی بازی می‌کند و فاکتوری برای تمایز سلول‌های لنفوسیت B است. IL-6 بلوغ مگاکاریوسیتی را القا می‌کند و تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز را با القای IL-3 افزایش می‌دهد (49). IL-6 و TPO تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تحت تاثیر قرار می‌دهند(51، 50). Tpo سایتوکاین اولیه‌ای است کـه رشد پلاکت و مگاکاریوسیت‌ها را تنظیم می‌کند. TPO با واسطه رسپتور آن MPL و برخی دیگر از گیرنده‌ها، روی سلول‌های هماتوپویتیک اولیه تاثیر می‌گذارند(52).
FL یک فاکتور رشد برای سلول‌های میلوئیدی نابالغ و سلول‌های بنیادی است و می‌تواند سلول‌های CD34+ را در داخل بدن و شرایط آزمایشگاهی گسترش دهد(53).FL تکثیر و خودنوسازی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حفظ می‌کند و رشد هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(47). IL-11 فعالیت ترمبوپوئتیک برجسته‌ای را نشان می‌دهد که در آزمایش‌های بالینی ارزیابی می‌شود(54). GM-CSF یک فاکتور رشد خونساز است که در تولید گرانولوسیت‌ها، ماکروفاژها و سلول‌های دندریتیک از سلول‌های اجدادی خونساز دخالت دارند(55). GM-CSF پیوند سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(56).
CXCL12 چسبندگی، مهاجرت و لانه‌گزینی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(58، 57، 47)SDF1 . تولید کموکاین‌ها و سایتوکاین‌های التهابی را کاهش می‌دهد(59). SCF تکثیر و خودنوسازی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حفظ می‌کند و رشد هماتوپویتیک و پیوند سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(60، 57، 47).
اریتـروپـوئـز رونـدی منظـم و مـداوم اسـت که در آن
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک تکثیر پیدا کرده و به گلبول‌های قرمز بالغ تمایز می‌یابند. این فرآیند توسط فاکتورهای رشد کنترل می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها شامل اریتروپوئتین و SCF هستند(62، 61). تنوعی از دیگر فاکتورها از قبیل فاکتور رشد شبه انسولین، TGFβ و گلوکوکورتیکوئیدها اثر حمایتی در ایجاد گلبول‌های قرمز دارند(65-63). سلول‌های بنیادی مزانشیمی در هم کشتی با سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با ترشح سایتوکاین‌های مختلف بر روی سلول‌های بنیادی خونساز تاثیر گذاشته و موجب کاهش تمایز اریتروئیدی آن‌ها می‌شود در حالی که تمایز میلوئیدی توسط این سلول‌ها تسریع می‌گردد. فاکتورهای ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی از آپوپتوز سلول‌های خونساز جلوگیری کرده و آن‌ها را تکثیر می‌دهند(66).
اثرات سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز به رده‌های اریتروئیدی و میلوئیدی احتمالاً به علت ترشح سایتوکاین‌های اختصاصی رده توسط سلول‌های بنیادی مزانشیمی است. سایتوکاین‌های G-CSF و IL-6 ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز و خونسازی سلول‌های بنیادی خونساز در محیط آزمایشگاهی شرکت دارند. به این صورت که سایتوکاین G-CSF یک فاکتور کلیدی در تمایز میلوئیدی است و فاکتور IL-6 در ترکیب با SCF ، تکثیر سلول‌های اجدادی خونساز را القا می‌کنند(68، 67). تولید سایتوکاین‌های G-CSF و IL-6 در محیط کشتی که دارای سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده است، افزایش می‌یابند که این موضوع نشان می‌دهد در این هم کشتی(به خاطر وجود این سایتوکاین‌ها) تمایز میلوئیدی صورت می‌گیرد اما در کشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی، تمایز میلوئیدی دیده نمی‌شود واین موضوع اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی را در تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نشان می‌دهد(66). محیط کشت Conditioned medium حاصل از سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف(محیطی حاوی مواد مترشحه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف می‌باشد) موجب تمایز سلول‌های +CD34 به CFU-G ، CFU-GM و CFU-M در شرایط آزمایشگاهی می‌شود، در حالی که تمایز به سمت CFU-E یا CFU-GEMM صورت نگرفته است(69).
جدا از تولید این سایتوکاین‌ها و فاکتورهای رشد، تماس نزدیک بین سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، بلوغ سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را به سمت گلبول‌های قرمز بالغ حمایت می‌کند و این امر در مقاله‌های مختلف مورد بحث قرار گرفته‌اند(70). در شرایط آزمایشگاهی از آپوپتوز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف در هم کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی جلوگیری می‌شود و افزودن سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان، گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بالغین که از منابع مختلف جمع‌آوری شدند را بهبود می‌بخشند(72، 71).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با حمایت سلول‌های بنیادی مزانشیمی استرومالی مغز استخوان، تعداد بالایی از فنوتیپ CD34+/CD38- خود را حفظ می‌کنند در حالی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف تمایز را افزایش می‌دهند.
در این مطالعه از سیستم کشت سه بعدی بر پایه کلاژن(ژل کلاژن حاوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی یا ژل کلاژن خالی از سلول) استفاده شده و در 4 حالت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک مورد هم کشتی قرار گرفته‌اند. 1- بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی 2- روی یک تک لایه سلول مزانشیمی 3- روی ژل کلاژن خالی از سلول و 4- روی ژل کلاژن با سلول‌های بنیادی مزانشیمی. در این مطالعه سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در ژل کلاژن حاوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی، تمایز به سمت رده میلوئیدی(CD13+ ، CAE+وMPO+) را نشان می‌دهند و از نظر CD45 نیز مثبت می‌باشند(73). تمایز میلوئیدی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در همه شرایط محتوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مقایسه با شرایط خالی از سلول‌های استرومال شدیدا افزایش یافته است(74).
یافته‌ها نشان می‌دهد که سلول‌های مزانشیمی خون بند ناف برای ابقای فنوتیپ CD34+/CD38- در طی کشت طولانی مدت مناسب نمی‌باشد. با این وجود سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف به طور چشمگیری تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را افزایش می‌دهند و تمایز آن‌ها را ارتقا می‌بخشند(73).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تعداد پاساژ بالا از تکثیر سلولی حمایت کرده در حالی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی در همان پاساژهای اولیه، فنوتیپ CD34+ را در تعداد تقسیمات سلولی بالا حفظ می‌کند که این نشان می‌دهد سلول‌های بنیادی مزانشیمی در پاساژهای اولیه میزان خود نوسازی را درمقابل تمایز افزایش می‌دهند و بنابراین برای گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک CD34+ در شرایط آزمایشگاهی مناسب‌تر هستند. تمایز سلول‌های CD34+ در هم کشتی با سلول‌های استرومال تنها بعد از چندین تقسیم سلولی ایجاد می‌شود و قابل ذکر است که این موضوع مربوط به تقسیم نامتقارن سلولی می‌باشد(74).
در مطالعه دیگری نشان دادند که لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی مزانشیمی، خودنوسازی و متعاقب آن تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را بعد از 7 روز کشت حمایت می‌کنند و هم چنین نقش حیاتی در گسترش و تنظیم تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بازی می‌کنند(76، 75).
مطالعه دیگری نشان داد که سلول‌های بنیادی/اجدادی مزانشیمی حاصل از خون بند ناف، تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی/اجدادی هماتوپویتیک همان بافت را حمایت می‌کنند اما ارتباط بین سلول‌های بنیادی/اجدادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی/اجدادی هماتوپویتیک در خون بند ناف انسان در طی رشد هنوز مشخص نشده است(77).
در مطالعه‌ای دیگر در شرایط آزمایشگاهی، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف را در هم کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان که با مخلوطی از سایتوکاین‌های CSF ، FLT3L ، bFGF و LIF آمیخته شده بودند، قرار دادند که نشان دادند پتانسیل تمایزی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با وجود این سایتوکاین‌ها عمدتاً به سمت رده میلوئیدی گرایش پیدا می‌کنند اما درصد مهمی از این سلول‌ها با پتانسیل اولیه لنفوسیتی(سلول‌های CD7+) باقی می‌مانند(78).
نتیجه‌گیری
سلول‌های بنیادی مزانشیمی نقش حمایتی در مغز استخوان دارند. باتوجه به این که این سلول‌ها فاکتورهای رشد مؤثر در خونسازی را تولید می‌کنند، بنابراین امکان القای اثر تمایزی این سلول‌ها روی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک وجود دارد. علاوه بر این بر هم کنش دو رده سلولی و مسیرهای سیگنالینگ فعال شده حاصل از این بر هم کنش، امکان تکثیر و گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در حالت تمایز نیافته فراهم می‌آورد.
مطالعه‌های مختلفی در زمینه هم کشتی دو سلول بنیادی مزانشیمی و هماتوپویتیک انجام شده است که نتایج مختلف و گاهاً متضادی از این آزمایش‌ها به دست
آورده‌اند. در اکثر مطالعه‌های انجام شده، در هم کشتی سلول‌های بنیادی مزانشیمی و هماتوپویتیک در شرایط مختلف، بیان شده است که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط مختلف به سمت رده میلوئیدی تمایز می‌یابند اما این امر نیازمند مطالعه‌های بیشتر در شرایط آزمایشگاهی می‌باشد و هم چنین در مورد تمایز اریتروئیدی آن‌ها جای بحث وجود دارد. در این مطالعه‌ها جزئیات مکانیسم تمایز به رده‌های مختلف بیان نشده است و تنها به آن اشاره کرده‌اند. در بعضی از مطالعه‌ها نیز به این مورد اشاره شده که سلول‌های مزانشیمی برای گسترش و تکثیر سلول‌های هماتوپویتیک و تمایز یافتن آن‌ها، مفید می‌باشند. مطالعه در مورد اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک می‌تواند راه کارهای نوین در درمان بیماران با بدخیمی‌های هماتولوژیک در آینده‌ای نزدیک ایجاد کند. بنابراین اثر سلول‌های مزانشیمی روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نیاز به مطالعه‌های بیشتری در آینده دارد.
متن کامل: (8327 مشاهده)
اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک
مهشید صالح1، کریم شمس اسنجان2، علی‌اکبر موثق‌پور اکبری3، پروین اکبرزاده4، زهرا مولایی‌پور1
چکیده
سابقه و هدف
ریز محیط مغز استخوان حاوی دو قسمت سلولی و غیر سلولی است که بخش سلولی حاوی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، سلول‌های بنیادی مزانشیمی و برخی دیگر از سلول‌های استرومایی آن‌ها می‌باشد در حالی که بخش غیر سلولی مشتمل بر داربست‌های پروتئینی مشهور به ماتریکس خارج سلولی است. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک ساکن مغز استخوان، با ریز محیط مغز استخوان که نیچ گفته می‌شود تماس برقرار می‌کنند. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک قادر به تولید انواع مختلفی از سلول‌های خونی می‌باشند و ریز محیط مغز استخوان در این فرآیند نقش حمایتی را برای این سلول‌ها ایفا می‌کند. مطالعه‌های اخیر در مدل‌های آزمایشگاهی نقش اساسی سلول‌های استرومایی را در خونسازی نشان داده‌اند و این دیدگاه که تماس سلول با سلول در ریز محیط مغز استخوان برای عملکرد طبیعی و تمایز سلول‌های بنیادی خونساز حیاتی است را شکل داده‌اند. تماس مستقیم سلول با سلول و نیز سیتوکاین‌های مترشحه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی، در هم کشتی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های بنیادی مزانشیمی در فرآیند خونسازی نقش اساسی دارد و تعیین کننده سرنوشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک می‌باشد. مطالعه‌های مختلفی اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی را بر روی خودنوسازی، گسترش، تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی بررسی کرده‌اند که منجر به نتایج مختلف و گاهاً متضاد است. در این مقاله به بررسی اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی پرداختیم.
مواد و روش‌ها
این مقاله مروری با بررسی مقالات زیادی در زمینه اثر سلول‌های بنیادی در تمایز ارایه شده است.
یافته‌ها
بررسی مقاله‌های مختلف نشان داد که لازم است اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز رده‌های مختلف به عنوان یک الگوی آزمایشگاهی بررسی شود.
نتیجه گیری
تماس مستقیم سلول با سلول بین سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و مسیرهای انتقال پیام در این تماس سلولی، قادر به تکثیر و گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در حالت تمایز نیافته می‌باشد.
کلمات کلیدی: سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، تمایز سلولی
تاریخ دریافت : 1 /6 /93
تاریخ پذیرش : 27/10/93
1- دانشجوی کارشناسی ارشد هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
2- مؤلف مسئول: PhD هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ استادیار مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز و مرکز تحقیقات انتقال خون ـ مؤسسه عالی آموزشی و پژوهشی طب انتقال خون و پایگاه منطقه‌ای آموزشی انتقال خون تبریز ـ تبریز ـ ایران ـ صندوق پستی: 51335
3- PhD هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ استادیار مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
4- دکترای بیوتکنولوژی دارویی ـ استادیار دانشکده داروسازی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
مهشید صالح1، کریم شمس اسنجان2، علی‌اکبر موثق‌پور اکبری3، پروین اکبرزاده4، زهرا مولایی‌پور1
چکیده
سابقه و هدف
ریز محیط مغز استخوان حاوی دو قسمت سلولی و غیر سلولی است که بخش سلولی حاوی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، سلول‌های بنیادی مزانشیمی و برخی دیگر از سلول‌های استرومایی آن‌ها می‌باشد در حالی که بخش غیر سلولی مشتمل بر داربست‌های پروتئینی مشهور به ماتریکس خارج سلولی است. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک ساکن مغز استخوان، با ریز محیط مغز استخوان که نیچ گفته می‌شود تماس برقرار می‌کنند. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک قادر به تولید انواع مختلفی از سلول‌های خونی می‌باشند و ریز محیط مغز استخوان در این فرآیند نقش حمایتی را برای این سلول‌ها ایفا می‌کند. مطالعه‌های اخیر در مدل‌های آزمایشگاهی نقش اساسی سلول‌های استرومایی را در خونسازی نشان داده‌اند و این دیدگاه که تماس سلول با سلول در ریز محیط مغز استخوان برای عملکرد طبیعی و تمایز سلول‌های بنیادی خونساز حیاتی است را شکل داده‌اند. تماس مستقیم سلول با سلول و نیز سیتوکاین‌های مترشحه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی، در هم کشتی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های بنیادی مزانشیمی در فرآیند خونسازی نقش اساسی دارد و تعیین کننده سرنوشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک می‌باشد. مطالعه‌های مختلفی اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی را بر روی خودنوسازی، گسترش، تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی بررسی کرده‌اند که منجر به نتایج مختلف و گاهاً متضاد است. در این مقاله به بررسی اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی پرداختیم.
مواد و روش‌ها
این مقاله مروری با بررسی مقالات زیادی در زمینه اثر سلول‌های بنیادی در تمایز ارایه شده است.
یافته‌ها
بررسی مقاله‌های مختلف نشان داد که لازم است اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز رده‌های مختلف به عنوان یک الگوی آزمایشگاهی بررسی شود.
نتیجه گیری
تماس مستقیم سلول با سلول بین سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و مسیرهای انتقال پیام در این تماس سلولی، قادر به تکثیر و گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در حالت تمایز نیافته می‌باشد.
کلمات کلیدی: سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، تمایز سلولی
تاریخ دریافت : 1 /6 /93
تاریخ پذیرش : 27/10/93
 |
1- دانشجوی کارشناسی ارشد هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
2- مؤلف مسئول: PhD هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ استادیار مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز و مرکز تحقیقات انتقال خون ـ مؤسسه عالی آموزشی و پژوهشی طب انتقال خون و پایگاه منطقه‌ای آموزشی انتقال خون تبریز ـ تبریز ـ ایران ـ صندوق پستی: 51335
3- PhD هماتولوژی آزمایشگاهی و بانک خون ـ استادیار مرکز تحقیقات خون و انکولوژی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
4- دکترای بیوتکنولوژی دارویی ـ استادیار دانشکده داروسازی دانشگاه علوم پزشکی تبریز ـ تبریز ـ ایران
مقدمه
خونسازی اولیه بر طبق آناتومی ابتدایی جنین ابتدا از کیسه زرده شروع شده و سپس به صورت گذرا در جفت و کبد پیش می‌رود و نهایتاً در مغز استخوان جنینی تثبیت می‌شود(1).
در استرومای مغز استخوان دو مجموعه سلول بنیادی (Stem Cell) وجود دارند، شامل سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک(Hematopoetic Stem Cell = HSC) که از آن تمامی سلول‌های خونی(Red blood cell & White blood cell) به وجود می‌آیند و سلول‌های بنیادی مزانشیمی (Mesenchymal stem cell = MSC) که کندروسیت‌ها (غضروف)، استئوبلاست‌ها(استخوان)، سلول‌های چربی و ماهیچه‌های اسکلتی را تولید می‌کنند(2).
در حفره استخوانی، سلول‌های هماتوپویتیک در حال رشد و تکثیر بوده و تا زمان بلوغ در مغز استخوان باقی می‌مانند و پس از بلوغ به سیستم عروقی آزاد می‌شوند(4، 3). سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و اجدادشان در مغز استخوان توسط سلول‌های استرومال احاطه شده‌اند. سلول‌های بنیادی مزانشیمی ساکن در حفره استخوان اکثریت سلول‌های رده استرومال مغز استخوان از قبیل کندروسیت‌ها، استئوبلاست‌ها، ادیپوسیت‌ها، اندوتلیال سل‌ها و میوسیت‌ها را تشکیل می‌دهند(7-5).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
تمامی سلول‌های خونساز از جمعیت کوچکی از سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک مشتق می‌شوند(8). سلول‌های هماتوپویتیک بنیادی عملکردی، فاقد مارکرهای سطحی سلول‌های تمایز یافته یا سلول‌های خونی بالغ هستند اما سطح بالایی از CD34 و Kit+ را بیان می‌کنند(10، 9). سلول‌هـای بنیـادی هماتوپویتیک بر اساس توانایی‌شان در خودنوسازی(Self renewal) به دو گروه سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با قابلیت رشد طولانی مدت(LT-HSC: long term hematopoetic stem cell) و کوتاه مدت (ST-HSC: short term hematopoetic stem cell) تقسیم می‌شوند.
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با قابلیت رشد طولانی
مدت دارای توانایی خودنوسازی نامحدودی می‌باشند و می‌توانند خودنوسازی طولانی مدت را حفظ کنند در حالی که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک کوتاه مدت پتانسیل خود نوسازی محدودی دارند و خونسازی را تنها به مدت محدودی در داخل بدن حفظ می‌کنند(13-11، 8).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های اجدادی دارای مارکرهای اختصاصی هستند که آن‌ها را از دیگر سلول‌ها تمایز می‌دهند. CD34 یک مولکول چسبندگی است که بر روی تمامی سلول‌های اجدادی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بیان می‌شود .از دیگر مارکرهای مهم سطح سلولی، CD90 را می‌توان نام برد که فقط بر روی سلول‌های اولیه هماتوپویتیک بیان می‌شود. عدم حضور CD38 بر روی سلول نشان‌دهنده ابتدایی‌ترین مرحله خونسازی است. CD10 وCD7 مارکرهای مهم مراحل اولیه رده لنفوئیدی هستند. CD123(رسپتور اینترلوکین 3) و CD135 (FLT3 نامیده می‌شود) مربوط به رده میلوئیدی و CD110 گیرنده ترومبوپوئیتین است که به رده پلاکتی مربوط می‌شود(14).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک دارای ویژگی خودنوسازی برای حفظ ذخیره سلول بنیادی و پتانسیل چند قوه‌ای برای تمایز به دیگر رده‌های بالغ سلول‌های هماتوپویتیک می‌باشند. در حالی که سلول‌های اجدادی هماتوپویتیک خودنوسازی نداشته و ظرفیت تمایزشان تنها محدود به رده خاص است.
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و سلول‌های اجدادی خونساز با استفاده از مارکرهای سطحی از یکدیگر مجزا می‌شوند(15). مارکر CD150، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را از سلول‌های اجدادی خونساز متمایز می‌کند. سلول های بنیادی هماتوپویتیک CD150+ ، CD244- و CD48- هستند در حالی که سلول‌های اجدادی هماتوپویتیک چند قوه‌زا CD150- ، CD48- وCD244+ و سلول‌های اجدادی محدودتر CD48+، CD244+ وCD150- می‌باشند(16).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی:
سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول های دوکی شکل بـا
خاصیت چسبندگی به پلاکت هستنـد کـه از مغز استخوان،
چربی و دیگر بافت‌ها با ظرفیت تمایزی چند قوه‌زایی در شرایط آزمایشگاهی جدا می‌شوند(17). سلول‌های بنیادی مزانشیمی در محیط کشت با نیمه عمر محدود با خاصیت مضاعف شدن حدود 15 تا 50 بار، گسترش می‌یابند. این سلول‌ها در برابر محرک‌های مناسب در شرایط آزمایشگاهی و در بدن به سلول‌های چربی، غضروفی و استئوبلاست‌ها تمایز می‌یابند(19، 18).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی مارکر خاص و منحصر به فردی ندارند اما یک توافق کلی وجود دارد که این سلول‌های انسانی، مارکرهای هماتوپویتیک نظیر CD45 ، CD34 و CD14 یا مولکول‌های کمک محرک CD80 ، CD86 وCD40 را بیان نمی‌کنند، درحالی که سطوح متغیری از CD105 (اندوگلین) ،CD73 (اکتو- 5- اندونوکلئوتیداز)، CD44، CD90 (THY-1)،CD71 (رسپتور ترانسفرین)، گانگلیوزید GD2 و CD271 (رسپتور فاکتور رشد عصب با افینیتی پایین) را بیان می‌کنند و توسط آنتی‌بادی مونوکلونال STRO-1 شناسایی می‌شوند. بیان متغیر این مارکرها احتمالاً ناشی از تفاوت‌های گونه‌ای، منشاء بافتی و شرایط کشت می‌باشد(20).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی سایتوکاین‌های متعددی را ترشح می‌کنند که در مقاله عزیزی و همکارانش خلاصه شده است(21). بسیاری از سایتوکاین‌ها مربوط به تمایز و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک هستند که می‌توان از بین آن‌ها به IL-6 ، FLT3L ، SCF ، GCSF و GMCSF اشاره کرد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی تعدادی از آنتی‌ژن‌های چسبندگی(CD166 ،CD54 ،CD31 و CD106) و اینتگرین‌ها (CD49 ، CD29 ، CD11،β4 Integrins) را بیان می‌کنند(19).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های آغازگر کشت طولانی مدت انسان را حمایت می‌کنند و می‌توانند به عنوان یک لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک عمل کنند(22).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان می‌توانند خونسازی طولانی مدت را در شرایط آزمایشگاهی حفظ کننـد و در ترکیـب بـا سایتوکایـن‌های اگزوژن اضافه شده
(مانند SCF ، FLT3L و TPO)، گسترش و تکثیر سلول‌های
کلون‌زای هماتوپویتیک را حمایت می‌کنند(23).
مراحل تمایز سلول‌های خونی:
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با بقای کوتاه مدت از سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با بقای طولانی مدت مشتق می‌شوند. این سلول‌ها سلول‌های اجدادی مشترک میلوئیدی و سلول‌های اجدادی مشترک لنفوئیدی را تولید می‌کنند. سلول‌های اجدادی مشترک لنفوئیدی منشاء پیشسازهای متعهد به رده لنفوسیت T وB می‌باشند. در حالی که سلول‌های اجدادی اریتروئید/مگاکاریوسیت به سمت سلول‌های اجدادی اریتروئیدی/مگاکاریوسیتی و سلول‌های اجدادی ماکروفاژ/گرانولوسیت می‌روند و سلول‌های اجدادی ماکروفاژ/گرانولوسیت، پیشسازهای متعهد ماست سل‌ها، ائوزینوفیل‌ها، نوتروفیل‌ها و ماکروفاژها را تولید می‌کنند(24).
مسیرهای سیگنالینگ دخیل در سرنوشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
تعداد متعددی از مسیرهای پیام‌رسانی دخیل در خونسازی از قبیل Wnt ، Notch ، Hedgehog ، TGFb / SMAD در مسیر تکامل در موجودات مختلف حفظ شده‌اند. مضاف بر این، چندین مسیر دیگر نیز وجود دارند که خودنوسازی، تمایز، تکثیر، آپوپتوز و پیری سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کنند(25).
فاکتورهای مختلفی در هم کنش سلول‌های هماتوپویتیک و سلول‌های بنیادی مزانشیمی دخالت دارند. سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک توسط مولکول‌های چسبندگی مانند N-کادهرین و β اینتگرین‌ها به سلول‌های بنیادی مزانشیمی متصل می‌شوند. سایتوکاین‌های محلول ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی مانند Kit-L ، SDF-1 وAng1 رشد و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را از طریق گیرنده‌های Kit ،CXCR4 و Tie2 حمایت می‌کنند. زمانی که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در مجاورت سلول‌های بنیادی مزانشیمی قرار بگیرند، بیان لیگاندهای Notch (Jagged ,Delta like) در سلول‌های بنیادی مزانشیمی از طریق مسیر Wntدر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک افزایش می‌یابد. مضاف بر آن بیان رسپتورهای Notch در سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با واسطه sonic Hedgehog(Shh) در سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک افزایش می‌یابد. فاکتور رشد VEGF می‌تواند بیان رسپتور Notch را به صورت اتوکرین یا پاراکرین افزایش دهد و با افزایش فعالیت مسیر سیگنالینگ Notch ، بیان ژن‌هـای هدف پایین دست از قبیلHes1 القا می‌شود. بیان BMP نیز در سلول‌های مزانشیمی توسط مسیر پیام‌رسانی Shh افزایش می‌یابد(26).
از طرف دیگر فعال شدن Notch1 تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در هر دو شرایط داخل بدن و آزمایشگاهی مهار می‌کند و نتایج نشان می‌دهد که مسیر سیگنالینگ Notch در بقا وگسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نقش دارد(28، 27).
اثر مهاری مسیر پیام‌رسانی Notch روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی نشان می‌دهد کـه لیگاندهای Notch1ممکن است تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حمایت کند(29). مهار مسیر سیگنالینگ Notch تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در شرایط آزمایشگاهی افزایش می‌دهد و باعث کاهش ذخیره سلـول‌هـای بنیـادی همـاتوپویتیـک در بـدن می‌شوند(30).
مسیر سیگنالینگ Wnt تمایز چند رده‌ای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را بلوکه کرده وباعث ابقای آن‌ها در حالت تمایز نیافته می‌شود(31). این مسیر سیگنالینگ نقش حیاتی در خود نوسازی، بقای سلولی و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط آزمایشگاهی و در داخل بدن دارد(33، 32).
مسیر سیگنالینگ MAPK کیناز نقش اساسی در فیزیـولوژی سلولی بازی می‌کند و رفتارهای سلولی متعددی از جمله فرآیندهای سلولی و تمایز را سازمان‌دهی می‌نماید(34). در سیستم خونسازی فعال شدن MAPK1 نقش مهمی در تکثیر و تمایز به سمت رده ماکروفاژ/ گرانولوسیت بازی می‌کند(35).
اثر سلول‌های مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک:
سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مغز استخوان بزرگسالان
سیگنال‌هایی برای تمایز و تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک و اجدادشان، از طریق تماس مستقیم سلول با سلول ایجاد می‌کنند(36). هم چنین این سلول‌ها سایتوکاین‌ها و فاکتورهایی را به منظور رشد سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک ترشح می‌کنند(39-37).
در مطالعه‌ای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف را با سلول‌های بنیادی مزانشیمی در شرایط آزمایشگاهی هم کشتی دادند. به این صورت که سه شرط کشت را برای آن‌ها مهیا کردند: 1- هم کشتی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با سایتوکاین‌ها همراه با سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده، 2- کشت با سایتوکاین‌ها بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی، 3- هم‌کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی بدون سایتوکاین‌ها. سایتوکاین‌های به کار رفته شامل SCF ، TPO و FLT3L بودند. نتایج به این صورت بود که بیشترین میزان آپوپتوز و کمترین تعداد سلول در فاز G0/G1 در کشت با سایتوکاین بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشاهده شد. گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بندناف روی لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی مزانشیمی، منجر به تکثیر بالا و کاهش میزان آپوپتوز می‌شود و این مطالعه نشان داد که استفاده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده برای سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف، میزان آپوپتوز را در سلول‌های گسترش یافته کاهش می‌دهد و آن‌ها را در فاز G0/G1 نگه می‌دارد(40).
در مطالعه‌ای داسیلوا و همکارانش سلول‌های CD34+ خون بند ناف را در محیط بدون سرم غنی شده با سایتوکاین‌های SCF ، bFGF ،LIF وFLT3 در حضور یا عدم حضور سلول‌های استرومال کشت دادند و مشاهده کردند که سلول‌های استرومال، فرآیند گسترش را بدون القای تمایز و فرسودگی استم سل‌های اولیه حمایت می‌کنند(41).
هم چنین در جایی دیگر نشان دادند که سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه کننده‌ای عمل می‌کنند که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در حالتی تمایز نیافته حفظ می‌کنند(42). تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در طی گسترش آن‌ها، فرآیند پیری و مرگ سلولی را افزایش می‌دهد اما این تماس مستقیم بین استم سل‌ها و ریز محیط سلولی نشان‌دهنده نقش اساسی آن‌ها در خونسازی در مقابل تمایز است(44، 43).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی سایتوکاین‌ها و فاکتورهای متنوعی را تولید می‌کنند که خونسازی را تحت تاثیر قرار می‌دهند(46، 45). از میان این‌ها می‌توان به IL-6 ، (FL) Flt3-L ، SCF ، G-CSF ، M-CSF ، GM-CSF ، TPO ، CXCL-12 (SDF1) و IL-11اشاره کرد(48، 47، 22).
IL-6 نقش حیاتی در پاسخ ایمنی و خونسازی بازی می‌کند و فاکتوری برای تمایز سلول‌های لنفوسیت B است. IL-6 بلوغ مگاکاریوسیتی را القا می‌کند و تکثیر سلول‌های بنیادی خونساز را با القای IL-3 افزایش می‌دهد (49). IL-6 و TPO تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تحت تاثیر قرار می‌دهند(51، 50). Tpo سایتوکاین اولیه‌ای است کـه رشد پلاکت و مگاکاریوسیت‌ها را تنظیم می‌کند. TPO با واسطه رسپتور آن MPL و برخی دیگر از گیرنده‌ها، روی سلول‌های هماتوپویتیک اولیه تاثیر می‌گذارند(52).
FL یک فاکتور رشد برای سلول‌های میلوئیدی نابالغ و سلول‌های بنیادی است و می‌تواند سلول‌های CD34+ را در داخل بدن و شرایط آزمایشگاهی گسترش دهد(53).FL تکثیر و خودنوسازی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حفظ می‌کند و رشد هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(47). IL-11 فعالیت ترمبوپوئتیک برجسته‌ای را نشان می‌دهد که در آزمایش‌های بالینی ارزیابی می‌شود(54). GM-CSF یک فاکتور رشد خونساز است که در تولید گرانولوسیت‌ها، ماکروفاژها و سلول‌های دندریتیک از سلول‌های اجدادی خونساز دخالت دارند(55). GM-CSF پیوند سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(56).
CXCL12 چسبندگی، مهاجرت و لانه‌گزینی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(58، 57، 47)SDF1 . تولید کموکاین‌ها و سایتوکاین‌های التهابی را کاهش می‌دهد(59). SCF تکثیر و خودنوسازی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را حفظ می‌کند و رشد هماتوپویتیک و پیوند سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را تنظیم می‌کند(60، 57، 47).
اریتـروپـوئـز رونـدی منظـم و مـداوم اسـت که در آن
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک تکثیر پیدا کرده و به گلبول‌های قرمز بالغ تمایز می‌یابند. این فرآیند توسط فاکتورهای رشد کنترل می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها شامل اریتروپوئتین و SCF هستند(62، 61). تنوعی از دیگر فاکتورها از قبیل فاکتور رشد شبه انسولین، TGFβ و گلوکوکورتیکوئیدها اثر حمایتی در ایجاد گلبول‌های قرمز دارند(65-63). سلول‌های بنیادی مزانشیمی در هم کشتی با سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با ترشح سایتوکاین‌های مختلف بر روی سلول‌های بنیادی خونساز تاثیر گذاشته و موجب کاهش تمایز اریتروئیدی آن‌ها می‌شود در حالی که تمایز میلوئیدی توسط این سلول‌ها تسریع می‌گردد. فاکتورهای ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی از آپوپتوز سلول‌های خونساز جلوگیری کرده و آن‌ها را تکثیر می‌دهند(66).
اثرات سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز به رده‌های اریتروئیدی و میلوئیدی احتمالاً به علت ترشح سایتوکاین‌های اختصاصی رده توسط سلول‌های بنیادی مزانشیمی است. سایتوکاین‌های G-CSF و IL-6 ترشح شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تمایز و خونسازی سلول‌های بنیادی خونساز در محیط آزمایشگاهی شرکت دارند. به این صورت که سایتوکاین G-CSF یک فاکتور کلیدی در تمایز میلوئیدی است و فاکتور IL-6 در ترکیب با SCF ، تکثیر سلول‌های اجدادی خونساز را القا می‌کنند(68، 67). تولید سایتوکاین‌های G-CSF و IL-6 در محیط کشتی که دارای سلول‌های بنیادی مزانشیمی به عنوان لایه تغذیه‌کننده است، افزایش می‌یابند که این موضوع نشان می‌دهد در این هم کشتی(به خاطر وجود این سایتوکاین‌ها) تمایز میلوئیدی صورت می‌گیرد اما در کشت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی، تمایز میلوئیدی دیده نمی‌شود واین موضوع اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی را در تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نشان می‌دهد(66). محیط کشت Conditioned medium حاصل از سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف(محیطی حاوی مواد مترشحه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف می‌باشد) موجب تمایز سلول‌های +CD34 به CFU-G ، CFU-GM و CFU-M در شرایط آزمایشگاهی می‌شود، در حالی که تمایز به سمت CFU-E یا CFU-GEMM صورت نگرفته است(69).
جدا از تولید این سایتوکاین‌ها و فاکتورهای رشد، تماس نزدیک بین سلول‌های بنیادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک، بلوغ سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را به سمت گلبول‌های قرمز بالغ حمایت می‌کند و این امر در مقاله‌های مختلف مورد بحث قرار گرفته‌اند(70). در شرایط آزمایشگاهی از آپوپتوز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف در هم کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی جلوگیری می‌شود و افزودن سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان، گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بالغین که از منابع مختلف جمع‌آوری شدند را بهبود می‌بخشند(72، 71).
سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با حمایت سلول‌های بنیادی مزانشیمی استرومالی مغز استخوان، تعداد بالایی از فنوتیپ CD34+/CD38- خود را حفظ می‌کنند در حالی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف تمایز را افزایش می‌دهند.
در این مطالعه از سیستم کشت سه بعدی بر پایه کلاژن(ژل کلاژن حاوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی یا ژل کلاژن خالی از سلول) استفاده شده و در 4 حالت سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک مورد هم کشتی قرار گرفته‌اند. 1- بدون سلول‌های بنیادی مزانشیمی 2- روی یک تک لایه سلول مزانشیمی 3- روی ژل کلاژن خالی از سلول و 4- روی ژل کلاژن با سلول‌های بنیادی مزانشیمی. در این مطالعه سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در ژل کلاژن حاوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی، تمایز به سمت رده میلوئیدی(CD13+ ، CAE+وMPO+) را نشان می‌دهند و از نظر CD45 نیز مثبت می‌باشند(73). تمایز میلوئیدی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در همه شرایط محتوی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مقایسه با شرایط خالی از سلول‌های استرومال شدیدا افزایش یافته است(74).
یافته‌ها نشان می‌دهد که سلول‌های مزانشیمی خون بند ناف برای ابقای فنوتیپ CD34+/CD38- در طی کشت طولانی مدت مناسب نمی‌باشد. با این وجود سلول‌های بنیادی مزانشیمی خون بند ناف به طور چشمگیری تکثیر سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را افزایش می‌دهند و تمایز آن‌ها را ارتقا می‌بخشند(73).
سلول‌های بنیادی مزانشیمی در تعداد پاساژ بالا از تکثیر سلولی حمایت کرده در حالی که سلول‌های بنیادی مزانشیمی در همان پاساژهای اولیه، فنوتیپ CD34+ را در تعداد تقسیمات سلولی بالا حفظ می‌کند که این نشان می‌دهد سلول‌های بنیادی مزانشیمی در پاساژهای اولیه میزان خود نوسازی را درمقابل تمایز افزایش می‌دهند و بنابراین برای گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک CD34+ در شرایط آزمایشگاهی مناسب‌تر هستند. تمایز سلول‌های CD34+ در هم کشتی با سلول‌های استرومال تنها بعد از چندین تقسیم سلولی ایجاد می‌شود و قابل ذکر است که این موضوع مربوط به تقسیم نامتقارن سلولی می‌باشد(74).
در مطالعه دیگری نشان دادند که لایه تغذیه‌کننده سلول‌های بنیادی مزانشیمی، خودنوسازی و متعاقب آن تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را بعد از 7 روز کشت حمایت می‌کنند و هم چنین نقش حیاتی در گسترش و تنظیم تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک بازی می‌کنند(76، 75).
مطالعه دیگری نشان داد که سلول‌های بنیادی/اجدادی مزانشیمی حاصل از خون بند ناف، تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی/اجدادی هماتوپویتیک همان بافت را حمایت می‌کنند اما ارتباط بین سلول‌های بنیادی/اجدادی مزانشیمی و سلول‌های بنیادی/اجدادی هماتوپویتیک در خون بند ناف انسان در طی رشد هنوز مشخص نشده است(77).
در مطالعه‌ای دیگر در شرایط آزمایشگاهی، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک خون بند ناف را در هم کشتی با سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان که با مخلوطی از سایتوکاین‌های CSF ، FLT3L ، bFGF و LIF آمیخته شده بودند، قرار دادند که نشان دادند پتانسیل تمایزی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک با وجود این سایتوکاین‌ها عمدتاً به سمت رده میلوئیدی گرایش پیدا می‌کنند اما درصد مهمی از این سلول‌ها با پتانسیل اولیه لنفوسیتی(سلول‌های CD7+) باقی می‌مانند(78).
نتیجه‌گیری
سلول‌های بنیادی مزانشیمی نقش حمایتی در مغز استخوان دارند. باتوجه به این که این سلول‌ها فاکتورهای رشد مؤثر در خونسازی را تولید می‌کنند، بنابراین امکان القای اثر تمایزی این سلول‌ها روی سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک وجود دارد. علاوه بر این بر هم کنش دو رده سلولی و مسیرهای سیگنالینگ فعال شده حاصل از این بر هم کنش، امکان تکثیر و گسترش سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک را در حالت تمایز نیافته فراهم می‌آورد.
مطالعه‌های مختلفی در زمینه هم کشتی دو سلول بنیادی مزانشیمی و هماتوپویتیک انجام شده است که نتایج مختلف و گاهاً متضادی از این آزمایش‌ها به دست
آورده‌اند. در اکثر مطالعه‌های انجام شده، در هم کشتی سلول‌های بنیادی مزانشیمی و هماتوپویتیک در شرایط مختلف، بیان شده است که سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک در شرایط مختلف به سمت رده میلوئیدی تمایز می‌یابند اما این امر نیازمند مطالعه‌های بیشتر در شرایط آزمایشگاهی می‌باشد و هم چنین در مورد تمایز اریتروئیدی آن‌ها جای بحث وجود دارد. در این مطالعه‌ها جزئیات مکانیسم تمایز به رده‌های مختلف بیان نشده است و تنها به آن اشاره کرده‌اند. در بعضی از مطالعه‌ها نیز به این مورد اشاره شده که سلول‌های مزانشیمی برای گسترش و تکثیر سلول‌های هماتوپویتیک و تمایز یافتن آن‌ها، مفید می‌باشند. مطالعه در مورد اثر سلول‌های بنیادی مزانشیمی بر روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک می‌تواند راه کارهای نوین در درمان بیماران با بدخیمی‌های هماتولوژیک در آینده‌ای نزدیک ایجاد کند. بنابراین اثر سلول‌های مزانشیمی روی تمایز سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک نیاز به مطالعه‌های بیشتری در آینده دارد.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
