سلول درمانی تجربی پوست و تبدیل سلول های عادی به پوست مقاوم کف دست و پا - ایمو کالج

واقعیت این است که بدن ما برای توزیع بار روی استخوان طراحی شده، اما پوست ران یا ساق هیچ درکی از اصطکاک زیاد ندارد. آنجا که ابزار فلزی با بافت بیولوژیک پیوند می خورد، مرز شنماینده ای شکل می گیرد که هیچ پانسمان یا پمادی قادر به جبران ناتوانی ساختاری آن نیست. مرز بین پوست تن و ضخامت زیاد پوست کف پا، تا همین چند وقت پیش قابل گذر کردن نبود.

همین گره بالینی بود که فکر جراحان و پژوهشگران زیست شناسی را به سمت دستکاری هویت بافتی سوق داد. حالا با ورود به دوره تازه ای از سلول درمانی تجربی پوست، پژوهشگران در پی شکستن این حصار ژنتیکی رفته اند؛ روشی که در آن کوشش می شود با بازبرنامه ریزی محیط سلولی، بافت نازک و حساس بدن ویژگی های بافتی کف دست و پا را به ارث ببرد تا بتواند در برابر سایش مکانیکی مداوم دوام بیاورد و زمینه را برای بهبود انعطاف پذیری پوست و درمان آسیب های پوستی ناشی از اصطکاک شدید هموار کند.

سلول درمانی تجربی پوست، راهکاری تازه برای بازسازی بافت های آسیب دیده است. پژوهشگران دانشکده پزشکی جانز هاپکینز (Johns Hopkins Medicine) در یک کارآزمایی بالینی فاز یک، پیروز شدند سلول های پوستی معمولی انسان را تا حدی به پوست ولار (پوست کف دست و پا) تبدیل نمایند؛ همان بافت سرسختی که توانایی بالایی در تحمل اصطکاک و فشارهای سنگین روزمره دارد.

مختصر و مفید: چرا سلول درمانی برای پوست های آسیب دیده حیاتی است؟

سلول درمانی تجربی پوست با ترکیب فیبروبلاست های (سلول های فراورینماینده بافت همبند) تخصصی و فیلرهای ترکیبی، سلول های معمولی پوست را به نوعی بافت شبه ولار تبدیل می نماید. این فرایند با افزایش ضخامت و خاصیت ارتجاعی پوست، به بازسازی نواحی آسیب دیده یاری می نماید. هدف اصلی این روش، ایجاد پوستی مقاوم در برابر سایش های ناشی از پروتزهای حرکتی در بیماران قطع عضو است تا از مسائل رایج مانند تاول، کبودی و التهاب مزمن در محل اتصال پروتز جلوگیری شود.

سلول درمانی تجربی پوست در این کارآزمایی با استفاده از فیلرهای پوستی انجام شد تا تغییرات بافتی ماندگارتری ایجاد شود. حدود 2 میلیون نفر در ایالات متحده با قطع عضو زندگی می نمایند. اگرچه پروتزهای حرکتی به راه رفتن و استقلال فردی آن ها یاری می نمایند، اما سائیدگی مداوم و تاول در محل اتصال پروتز مانع استفاده طولانی مدت از این ابزارها می شود. پوست ولار به علت مقاومت طبیعی در برابر سایش، راه حلی ایده آل برای رفع این آسیب ها است، اما چون قطع عضو اغلب بخش بزرگی از پوست کف پا یا دست را از بین می برد، برداشت بافت کافی برای پیوند همواره چالش برانگیز بوده است.

پژوهشگران در آنالیز های قبلی دریافته بودند که پیوند سلول های فیبروبلاست که از کف پای انسان گرفته شده اند، می تواند ویژگی های پوست ضخیم کف دست و پا، از جمله افزایش ضخامت بافتی را تا 5 ماه به بخش های دیگر پوست منتقل کند. فیبروبلاست ها کارخانه های اصلی ساخت ماتریکس خارج سلولی و پروتئین های ساختاری هستند و هویت مکانی خود را حتی پس از جابه جایی حفظ می نمایند.

چرا پوست کف دست و پا در برابر سایش مقاوم است؟

پوست کف دست و پا ساختار ساختمانی متفاوتی نسبت به پوست سایر بخش های بدن دارد. در زیر میکروسکوپ، اپیدرم (روپوست) این نواحی دارای لایه شفافی به نام لایه شفاف (stratum lucidum) است که در پوست نازک بازو یا تنه دیده نمی شود. لایه شاخی یا کراتینه در این بخش ها نیز چندین برابر ضخیم تر است تا از مویرگ ها در برابر ضربه محافظت کند.

درم (بخش زیرین پوست) در این نواحی حاوی فیبرهای متراکم کلاژن و الاستین است که عملکردی شبیه به فنرهای صنعتی دارند. سلول های این بخش پیغام های شیمیایی خاصی آزاد می نمایند که به سلول های روپوست یا کراتینوسیت ها (سلول های سازنده لایه بیرونی پوست) دستور می دهد پروتئین های محافظتی ویژه فراوری نمایند. به همین علت، این بافت به سادگی دچار تاول نمی شود.

جالب اینجاست که پوست ولار فاقد فولیکول مو است. این نبود مو در کنار الگوهای پیچیده برآمدگی های پوستی (همان خطوط اثر انگشت)، یک مهندسی تکاملی هوشمندانه برای افزایش اصطکاک و چسبندگی در هنگام گرفتن اشیا یا راه رفتن است. این ساختار ویژه، نه تنها از پوست در برابر ساییدگی محافظت می نماید، بلکه حساسیت لمسی بالایی را نیز فراهم می سازد.

فیلر کلاژن و پلی متیل متاکریلات چه نقشی در پیوند سلولی دارد؟

سلول درمانی تجربی پوست احتیاجمند بستری مناسب است تا سلول های پیوندی بتوانند در محل نو مستقر شوند و پیغام رسانی بیولوژیک خود را ادامه دهند. سم اس لی (Sam S. Lee) و تیم پژوهشی دانشگاه جانز هاپکینز به سرپرستی لوئیس گارزا (Luis A. Garza) متوجه شدند که فیبروبلاست ها به صورت طبیعی تمایل زیادی به چسبیدن به رشته های کلاژن دارند.

آن ها برای افزایش ماندگاری و پایداری سلول های پیوندی، از یک فیلر پوستی تجاری حاوی مخلوط کلاژن و پلی متیل متاکریلات (پلیمر مصنوعی) یاری گرفتند. 10 داوطلب بزرگسال سالم با میانگین سنی 36.5 سال وارد این پژوهش 5 ماهه شدند. پژوهشگران ابتدا مقداری از فیبروبلاست های پوست سر به عنوان نمونه غیرولار و فیبروبلاست های کف پا به عنوان نمونه ولار را استخراج نموده و سپس این سلول ها را در شرایط آزمایشگاهی کشت دادند.

داوطلبان در بخش های جداگانه ای از پوست خود تزریق فیبروبلاست های کف پا، فیبروبلاست های پوست سر و نمونه کنترل دریافت کردند. پیش از سلول درمانی، یک دوز از فیلر ترکیبی کلاژن و پلیمر مصنوعی به عنوان داربست در محل های تعیین تزریق شده بود. در ارزیابی های بالینی ماه های دوم و پنجم تعیین شد پوست درمان شده با فیبروبلاست های کف پا، ضخامت و خاصیت ارتجاعی بیشتری پیدا نموده و رفتاری شبیه پوست کف پا نشان می دهد.

پاسخ ایمنی غیرمنتظره به ذرات پلیمری چگونه رخ داد؟

تصویربرداری فلورسنت از بافت داوطلبان، حضور سه دسته کراتینوسیت در لایه بیرونی را نشان داد، اما زیر این لایه ها رویدادی غیرمنتظره ثبت شد. ذرات پلی متیل متاکریلات (PMMA) که نوعی پلیمر زیست تخریب ناپذیر است، باعث هجوم سلول های سیستم ایمنی، سلول های اندوتلیال عروق خونی و فیبروبلاست های بومی خود بدن به نقطه تزریق شده بودند.

پلیمرهای مصنوعی که بدن آنزیمی برای هضم آن ها ندارد، واکنش جسم خارجی خفیفی ایجاد می نمایند که ماکروفاژها (سلول های ایمنی پاک نماینده) را به سمت خود جذب می نماید. با این حال، مهاجرت گسترده این سلول ها خللی در فرایند تغییر شکل بافت ایجاد نکرد و پوست به ضخیم شدن خود ادامه داد. استفاده از این فیلر ترکیبی به این علت صورت گرفت که فیلرهای کلاژن خالص تاییدشده به وسیله سازمان غذا و داروی آمریکا در حال حاضر در دسترس نیستند.

پژوهشگران احتیاجمند ارزیابی های بلندمدت تری هستند تا پیغامدهای ماندگاری این پلیمر را در کنار سلول های پیوندی آنالیز نمایند. این واکنش ایمنی، اگرچه در ابتدا نگران نماینده به نظر می رسید، اما در عمل نشان داد که داربست های پلیمری می توانند بدون تخریب اثربخشی درمانی، در بدن باقی بمانند.

روش های ترکیبی فیزیکی و شیمیایی چگونه خواص پوست ولار را پایدار می نمایند؟

سلول درمانی تجربی پوست می تواند در آینده با تحریکات مکانیکی تقویت شود. پوست کف پا و دست در تمام طول تکامل انسان تحت فشارهای وزنی مداوم و کشش فیزیکی شکل گرفته است. ژن های کنترل نماینده ضخامت بافت با وارد شدن فشار مکانیکی فعال تر می شوند و پاسخ های ترمیمی را تقویت می نمایند.

پژوهشگران قصد دارند در مراحل بعدی، اضافه کردن فاکتورهای رشد اختصاصی و تمرینات فشاری کنترل شده را ارزیابی نمایند. تحریک بیومکانیکی گیرنده های سطحی سلول ها به همراه پیغام های ترشحی فیبروبلاست ها می تواند بافت نازک پیوندی را وادار کند پروتئین های ساختاری محکم تری فراوری کند و شبیه لایه های زیرین پای یک دونده شود.

این رویکرد ترکیبی، یعنی ترکیب زیست شناسی سلولی با مهندسی مکانیک، می تواند پایداری درمان را تضمین کند. اگر سلول ها در محیطی که برای آن ها شبیه سازی شده تمرین نمایند، احتمال بازگشت بافت به حالت اولیه بسیار کمتر خواهد بود.

تفاوت بافت شناسی کراتین های اختصاصی پوست دست و پا چیست؟

تنوع سلولی پوست در نواحی مختلف بدن به الگوهای بیان پروتئین های کراتین برمی شود. پوست ولار حاوی کراتین 9 است، پروتئینی رشته ای و فشرده که به طور اختصاصی تنها در سلول های روپوست کف دست و پا ساخته می شود و وظیفه اصلی آن جلوگیری از گسیختگی سلول ها هنگام سر خوردن روی سطوح زبر است.

زمانی که فیبروبلاست های ولار به پوست نازک سایر نواحی تزریق می شوند، کراتینوسیت های میزبان را ترغیب می نمایند مسیر ساخت این کراتین ویژه را روشن نمایند. این تغییر مسیر بیوشیمیایی نشان می دهد سلول های بالغ پوست بر خلاف تصورات سنتی پزشکی، انعطاف پذیری شگفت انگیزی برای پذیرش برنامه ریزی دوباره و بازآرایی ساختار ژنتیکی خود دارند.

در جدول زیر مقایسه ای از ویژگی های پوست معمولی و پوست درمان شده با این روش مشاهده می کنید:

پارادوکس ارنست بوئر و رازی که روی کف دست جا ماند

سال ها پیش در یکی از جلدهای قدیمی کتابخانه بیمارستان به ماجرای یک آسیب شناس آلمانی برخوردم که در دهه های آغازین قرن بیستم، وسواس عجیبی نسبت به پوست کارگران پیدا نموده بود. ارنست بوئر ساعت ها به تماشای دستان پینه بسته هیزم شکن ها و باربران می نشست و یک پرسش به ظاهر ساده فکرش را خراش می داد: چرا کف دست باربری که روزانه صدها کیلوگرم چوب خشن را جا به جا می نماید هرگز مانند پشت دستش دچار خراش های عمیق و خون مرده نمی شود؟ در آن روزگار فرضیه غالب این بود که پوست صرفاً واکنشی انفعالی به فشار نشان می دهد؛ یعنی ضربه بزنید تا بافت خودش را متراکم کند. بوئر اما در یادداشت های آسیب شناسی اش نکته ای دقیق تر ثبت کرد: حتی نوزادی که هنوز پای بر زمین نگذاشته و دستی به خاک نبرده، ضخامت اپیدرم کف پا و دستش چند برابر پشت کمر یا شکم اوست.

این تمایز ساختاری، پاسخی انفعالی به محیط نبود، بلکه برنامه ای در حافظه جنینی به شمار می رفت. طبیعت در تاریک ترین روزهای فرگشت، کف دست و پا را به عنوان سنگر نخست برخورد با خشونتِ سنگ و خار آماده نموده بود، اما بقیه پوست بدن را سبک و نفوذپذیر ساخت تا از عهده تنظیم دما برآید. تراژدی بیماران قطع عضو دقیقاً در همین شکاف عمیق تاریخی رخ می دهد: انسان مدرن پیشرفته ترین پروتزهای کربنی و مفاصل هیدرولیک دنیا را ساخته، اما ناچار است این وزن و فشار مکانیکی بزرگ را روی پوستی قرار دهد که ژن هایش برای لمس نسیم و نرمی لباس تکامل یافته اند، نه اصطکاک خردنماینده سوکت پروتز.

مهندسی بافت در بیماران قطع عضو با چه چالش هایی روبرو است؟

طراحی سوکت های پروتز اندام مصنوعی احتیاجمند توزیع یکنواخت نیرو است، اما اصطکاک برشی میان سیلیکون و پوست معمولی اغلب به نارسایی خون رسانی موضعی و مرگ بافت منجر می شود. اگر بتوان پیش از نصب نهایی پروتز، پوست ناحیه به جای مانده از عضو را با سلول های تغییریافته مقاوم کرد، ساعات استفاده از پای مصنوعی بدون درد و خونریزی به شکل چشمگیری افزایش می یابد.

هزینه بالای استخراج سلول، زمان مورد احتیاج برای کشت در آزمایشگاه و احتیاج به آنالیز اثرات درازمدت مواد پلیمری در بدن انسان، موانعی هستند که پیش از ورود این روش به درمانگاه ها باید رفع شوند. دانشمندان دانشگاه جانز هاپکینز با انتشار این دستاورد در مجله درماتولوژی تحقیقی، گام اول را در جهت ساخت پوست های سفارشی ضدسایش برداشته اند تا در آینده زخم های ناشی از پروتز به مسئله ای فراموش شده تبدیل شوند.

این پژوهش نشان می دهد که علم پزشکی به سمتی می رود که دیگر تنها به ترمیم زخم ها اکتفا نمی نماید، بلکه در پی پیشگیری از وقوع آن ها به وسیله بازطراحی بیولوژیک بافت های بدن است. چنین پیشرفتی، نویدبخش کیفیت زندگی بهتر برای میلیون ها انسانی است که هر روز با محدودیت های ناشی از قطع عضو دست و پنجه نرم می نمایند.

منبع