زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی در تکوین

تعریف سلول بنیادی، چگونگی درجه‌بندی توانایی تمایز از پرتوان مطلق (totipotent) تا تک‌توان (unipotent)، و نحوه کنترل رفتار سلول‌های بنیادی توسط ریزمحیط (niche).

Definition

زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی در تکوین، مطالعه سلول‌هایی است که با خودنوسازی و توانایی تمایز تعریف می‌شوند، از جمله چگونگی تعیین توانایی تمایز آن‌ها، نحوه تنظیم تعداد و سرنوشت آن‌ها توسط ریزمحیط، و چگونگی مشارکت آن‌ها در تشکیل و نگهداری بافت‌ها.

Scope

این موضوع به بررسی ویژگی‌های تعریف‌کننده سلول‌های بنیادی — خودنوسازی و توانایی تمایز — سلسله‌مراتب از سلول‌های پرتوان مطلق و پرتوان تا سلول‌های بنیادی بافت چندتوان و تک‌توان، مفهوم ریزمحیط سلول بنیادی، و نقش سلول‌های بنیادی در ساخت و نگهداری بافت‌ها در طول تکوین و در سراسر زندگی می‌پردازد.

Core questions

• چه چیزی یک سلول بنیادی را از سایر سلول‌های در حال تقسیم متمایز می‌کند؟
• توانایی تمایز از پرتوان مطلق تا تک‌توان چگونه درجه‌بندی می‌شود؟
• ریزمحیط (niche) چگونه کنترل می‌کند که یک سلول بنیادی خودنوسازی کند یا تمایز یابد؟
• سلول‌های بنیادی چگونه بافت‌ها را در طول عمر می‌سازند و حفظ می‌کنند؟

Key concepts

• خودنوسازی
• توانایی تمایز: پرتوان مطلق، پرتوان، چندتوان، تک‌توان
• سلول‌های بنیادی جنینی در مقابل سلول‌های بنیادی بالغ (بافتی)
• ریزمحیط سلول بنیادی (niche)
• تقسیم نامتقارن و متقارن

Key theories

سلسله‌مراتب توانایی تمایز و خودنوسازی

سلول‌های بنیادی بر اساس تعداد انواع سلول‌هایی که می‌توانند تشکیل دهند — از سلول‌های جنینی پرتوان مطلق و پرتوان تا سلول‌های بنیادی بافتی محدودتر — سازماندهی می‌شوند، در حالی که همه آن‌ها توانایی خودنوسازی را از طریق تقسیم متعادل به اشتراک می‌گذارند.

Mechanisms

یک سلول بنیادی تقسیم می‌شود تا هم نسخه‌هایی از خود و هم سلول‌هایی را تولید کند که تمایز می‌یابند. این امر از طریق تقسیمات نامتقارن یا از طریق تعادل در سطح جمعیت از تقسیمات متقارن حاصل می‌شود. توانایی تمایز منعکس‌کننده موقعیت تکوینی است: زیگوت پرتوان مطلق است، سلول‌های جنین اولیه پرتوان هستند و می‌توانند هر نوع سلول بدنی را تشکیل دهند، و سلول‌های بنیادی بافت چندتوان یا تک‌توان هستند که اندام‌های خاصی را حفظ می‌کنند. یک ریزمحیط اطراف، که ریزمحیط (niche) نامیده می‌شود، سیگنال‌هایی را فراهم می‌کند که سلول‌های بنیادی را در حالت خودنوسازی نگه می‌دارد و در صورت نیاز به سلول‌های تخصصی‌تر، تمایز را هدایت می‌کند. در طول تکوین، این ویژگی‌ها بافت‌ها را می‌سازند؛ در بزرگسالان، آن‌ها سلول‌های از دست رفته در اثر گردش سلولی و آسیب را جایگزین می‌کنند.

Clinical relevance

سلول‌های بنیادی بافت، اندام‌ها را حفظ می‌کنند و در پیوند مغز استخوان و سایر روش‌های درمانی سلولی نقش محوری دارند، در حالی که رده‌های سلولی پرتوان، مواد لازم برای تحقیقات را فراهم می‌کنند؛ اختلال در تنظیم سلول‌های بنیادی به تحلیل بافت و سرطان کمک می‌کند. این مدخل آموزشی است و راهنمایی بالینی محسوب نمی‌شود.

History

مفهوم سلول بنیادی از طریق آزمایش‌هایی بر روی سلول‌های خون‌ساز که خودنوسازی و پتانسیل چندرده‌ای را نشان دادند، تثبیت شد؛ تولید بعدی رده‌های سلولی بنیادی جنینی انسان، سلول‌های پرتوان انسانی را برای مطالعه در دسترس قرار داد.

Key figures

• James Thomson
• Ernest McCulloch
• James Till

Seminal works

• thomson1998
• gilbert2016

Frequently asked questions

تفاوت بین سلول‌های بنیادی جنینی و بالغ چیست؟

سلول‌های بنیادی جنینی، که از جنین اولیه به دست می‌آیند، پرتوان هستند و می‌توانند هر نوع سلول بدنی را تشکیل دهند؛ سلول‌های بنیادی بالغ یا بافتی محدودتر هستند و اندام‌های خاصی را حفظ می‌کنند.

ریزمحیط سلول بنیادی (niche) چیست؟

این ریزمحیط محلی اطراف یک سلول بنیادی است که سیگنال‌هایی را فراهم می‌کند که کنترل می‌کند آیا سلول خود را نوسازی می‌کند یا تمایز می‌یابد.