سرنوشت سلولی جنین قابل تغییر است؟

زهرا وجدانی: رشد یک موجود زنده از یک سلول منفرد، یکی از شگفت‌انگیزترین معما‌های زیست‌شناسی است. چگونه سلول تخم لقاح‌یافته، که آغازگر حیات است، به طرز حیرت‌انگیزی در مدت زمانی کوتاه به میلیارد‌ها سلول متمایز و ساختار‌های پیچیده‌ای، چون مغز، قلب، کلیه و پوست تبدیل می‌شود؟ سلول‌ها چگونه می‌دانند باید به چه سرنوشتی تن دهند؟ چرا برخی سلول‌ها مسیر تولید نورون را در پیش می‌گیرند و برخی دیگر، عازم تشکیل بافت‌های عضلانی یا خونی می‌شوند؟ پاسخ به این پرسش‌ها قرن‌هاست ذهن زیست‌شناسان تکوینی را مشغول کرده است. در این گزارش سعی در پاسخ به این سوالات را داریم.

اکنون، پژوهشی پیشگامانه از محققان با معرفی فناوری نوینی موسوم به LoxCode فصل تازه‌ای در فهم این فرآیند شگفت‌انگیز گشوده است. این فناوری به دانشمندان اجازه می‌دهد تا هر سلول را با یک «بارکد ژنتیکی» منحصر‌به‌فرد برچسب‌گذاری کرده و تبار سلولی آن را تا پایان رشد جنینی دنبال کنند.

فناوری LoxCode: بازنویسی شناسنامه سلول‌ها

LoxCode ابزاری است که امکان ردیابی تبار سلولی را با دقتی بی‌سابقه فراهم می‌سازد. اساس عملکرد آن بر استفاده از آنزیمی به نام Cre Recombinase است که قادر است توالی‌های خاصی از DNA را بازآرایی کند. این بازآرایی در مجموعه‌ای از ۱۳ قطعه کوتاه DNA که به‌صورت خاص طراحی شده‌اند، انجام می‌شود و در نتیجه آن، بیش از ۳۰ میلیارد ترکیب منحصر‌به‌فرد ژنتیکی (بارکد) قابل تولید است.

این بارکدها، که در سطح سلولی اعمال می‌شوند، در تمام تقسیمات بعدی بدون تغییر به سلول‌های دختر منتقل می‌گردند و بدین‌ترتیب، امکان ردیابی «شجره‌نامه» سلولی با دقت بالا فراهم می‌شود.

برتری نسبت به روش‌های پیشین

برخلاف روش‌های سنتی مانند استفاده از ویروس‌ها یا سیستم‌های مبتنی بر CRISPR که محدودیت‌های قابل توجهی مانند آسیب سلولی یا رزولوشن پایین داشتند، LoxCode نه‌تنها غیرتهاجمی است بلکه به‌واسطه‌ی طراحی ساختار DNA، قابلیت رمزگشایی ساده از طریق توالی‌یابی ژنومی رایج را نیز داراست.

پیاده‌سازی در جنین موش

در آزمایش‌های مقدماتی، پژوهشگران بارکد LoxCode را در روز ۵.۵ بارداری موش وارد جنین کردند، زمانی که لایه سلولی اپی‌بلاست در حال آمادگی برای آغاز فرآیند گاسترولاسیون (Gastrulation) و شکل‌گیری لایه‌های جنینی است. یک هفته بعد، جنین‌ها استخراج و بارکد‌ها در سطح بافتی و تک‌سلولی بازیابی شدند.

کشف اولیه: سوگیری سرنوشت سلول‌ها زودتر از حد انتظار

نتایج شگفت‌انگیز بودند: بسیاری از کلون‌ها از همان مراحل ابتدایی، تمایل به مشارکت در لایه‌های خاصی از جنین نشان دادند. برای مثال، سلول‌های نزدیک به خط اولیه (Primitive Streak) عمدتاً تبدیل به سلول‌های خونی و مزانشیمی شدند، در حالی که سلول‌های نواحی قدامی، عمدتاً در بافت‌های عصبی شرکت کردند.

این یافته، باور دیرینه‌ای را زیر سوال برد که بر اساس آن سلول‌های بنیادی جنینی (Pluripotent Cells) تا قبل از دریافت سیگنال‌های بیرونی، کاملاً بی‌طرف و بدون تمایل خاصی هستند.

مدل‌سازی رایانه‌ای: کشف تقارن‌های پنهان

با تحلیل داده‌های بارکد‌های بازیابی‌شده در مدل‌سازی عامل‌محور (Agent-Based Modeling)، پژوهشگران موفق شدند تقارن‌ها و نابرابری‌های پنهانی را کشف کنند که پیش‌تر قابل شناسایی نبودند.

کشف منشأ نامتقارن اندام‌های جفتی

یکی از یافته‌های برجسته، تفاوت ریشه‌ای در منشأ سلولی جوانه اندام چپ و راست بود. برخلاف انتظار که فرض می‌شد اندام‌های جفتی (مانند کلیه‌ها یا دست‌ها) از کلون‌های مشابهی تشکیل شوند، داده‌ها نشان دادند که سمت چپ و راست بدن غالباً از سلول‌های مؤسس متفاوتی آغاز می‌شوند.

این یافته می‌تواند نقطه آغازی برای درک دقیق‌تر بسیاری از اختلالات مادرزادی یک‌طرفه باشد.

 از رشد مغز تا بازسازی پس از سکته در حوزه علوم اعصاب

پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند با استفاده از LoxCode مسیر یکپارچه‌سازی نورون‌های جدید در مغز بالغ را پس از سکته مغزی ردیابی می‌کنند. این داده‌ها می‌توانند به درک بهتر بازسازی عصبی و طراحی درمان‌های هدفمند کمک کنند.

در حوزه انکولوژی، با استفاده از LoxCode می‌توان مسیر تکامل کلون‌های مقاوم به درمان را در طول ماه‌ها دنبال کرد. شناسایی منشأ دقیق سلول‌هایی که پس از درمان زنده می‌مانند، به طراحی دارو‌هایی منجر خواهد شد که نقاط آسیب‌پذیر آنها را هدف قرار می‌دهند.

با کمک LoxCode می‌توان اطمینان حاصل کرد که بافت‌های مهندسی‌شده در آزمایشگاه، ترکیب سلولی صحیحی دارند و پتانسیل رشد متوازن در پیوند را دارا هستند.

مسیر‌های نوین برای درمان بیماری‌های تکوینی

خطا‌های رخ‌داده در مراحل بسیار ابتدایی رشد جنین، عامل بسیاری از اختلالات تکوینی هستند. اما تا پیش از این، تشخیص منشأ این اختلالات در مراحل اولیه ممکن نبود. اکنون با LoxCode می‌توان:

• لحظه وقوع خطای سلولی را شناسایی کرد

• مسیر اشتباه سلولی را اصلاح کرد

• سلول‌های بنیادی را به سوی مسیر‌های سالم هدایت کرد

• با طراحی ژن‌درمانی‌های هدفمند، کل یک تبار سلولی معیوب را ترمیم نمود

چالش‌های اخلاقی و افق‌های پیش رو این فناوری 

در حالی‌که آزمایش‌های فعلی صرفاً بر روی مدل‌های حیوانی (موش) انجام شده‌اند، امکان اجرای فناوری مشابه در جنین انسان، سوالات اخلاقی و حقوقی پیچیده‌ای را مطرح می‌کند:

• آیا مجاز هستیم سرنوشت سلولی یک جنین را از ابتدا ثبت و ردیابی کنیم؟

• مالکیت داده‌های ژنتیکی ثبت‌شده به چه نهادی تعلق دارد؟

• چگونه می‌توان از سوءاستفاده‌های احتمالی جلوگیری کرد؟

پاسخ به این سوالات، نیازمند تدوین چارچوب‌های اخلاقی، حقوقی و علمی روشن در آینده‌ای نه‌چندان دور خواهد بود.

انقلابی در فهم زیست‌شناسی رشد

فناوری LoxCode دروازه‌ای نو به دنیای پیچیده رشد جنینی گشوده است. از شناسایی لحظه انتخاب سرنوشت سلولی تا پیش‌بینی ساختار‌های آتی بدن، از درک علل اختلالات مادرزادی تا طراحی درمان‌های هدفمند، همگی اکنون با دقتی بی‌سابقه ممکن شده‌اند.

این فناوری نه تنها ابزار توانمندی در دست زیست‌شناسان تکوینی است، بلکه نویدی است برای پزشکی آینده—پزشکی‌ای که قادر است بیماری‌ها را پیش از ظهور علائم، در نطفه شناسایی و درمان کند.

انتهای پیام/