هوش مصنوعی در خدمت زیست‌چاپ چهاربعدی برای بازسازی ناحیه جمجمه و فک و صورت
انجمن بین‌المللی پژوهش سلول‌های بنیادی، دانشمندان، پزشکان و نوآوران را برای شرکت در همایشی در کیوتو گرد هم آورد که ظرفیت آن تکمیل شد و به مناسبت بیستمین سالگرد فناوری سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) برگزار شد. این نشست سه‌روزه از ۲۰ تا ۲۲ اکتبر، با همکاری مرکز پژوهش و کاربرد سلول‌های iPS در دانشگاه کیوتو و با حمایت مشترک انجمن ژاپنی پزشکی بازساختی برگزار شد. ظرفیت ثبت‌نام حتی پس از آنکه انجمن بین‌المللی پژوهش سلول‌های بنیادی محل برگزاری را به فضایی بزرگ‌تر منتقل کرد، دو بار تکمیل شد. این استقبال گسترده بین‌المللی نشان می‌دهد که حوزه سلول‌های بنیادی پرتوان القایی اکنون طیف وسیعی از موضوعات را در بر می‌گیرد؛ از پژوهش‌های بنیادی درباره هویت سلولی و رشد انسان گرفته تا مدل‌سازی بیماری‌ها، کشف دارو، کاربردهای بالینی و توسعه درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی.
نشست افتتاحیه با ریاست جون تاکاهاشی از مرکز پژوهش و کاربرد سلول‌های iPS برگزار شد و شینیا یاماناکا از همین مرکز، دانشگاه کیوتو و مؤسسه گلادستون؛ جانت روسانت، دانشمند ارشد بازنشسته مؤسسه پژوهشی سیک‌کیدز و سردبیر مجله Stem Cell Reports؛ و جورج دیلی از دانشکده پزشکی هاروارد در آن حضور داشتند. یاماناکا روند پیشرفت فناوری سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را از زمان کشف آن تا کارآزمایی‌های بالینی سلول‌ها و بافت‌های مشتق از این سلول‌ها بررسی کرد. او همچنین به نقاط عطف اخیر در نظام مقررات‌گذاری ژاپن اشاره کرد؛ جایی که دو محصول پزشکی بازساختی مشتق از سلول‌های iPSC مجوز مشروط و مدت‌محدود دریافت کرده‌اند. وی در کنار این پیشرفت‌ها، چالش‌های علمی و انتقال این فناوری به کاربردهای درمانی را نیز تشریح کرد.
روسانت درباره تأثیر سلول‌های iPSC بر پژوهش سلول‌های بنیادی پرتوان و فرصت‌هایی سخن گفت که این فناوری برای بررسی مراحل اولیه رشد انسان از طریق مدل‌های جنینی مبتنی بر سلول‌های بنیادی ایجاد کرده است. او همچنین به پرسش‌های اخلاقی پیرامون این مدل‌ها پرداخت. دیلی نیز بازبرنامه‌ریزی سلولی، هویت و تمایز سلول‌ها، مدل‌سازی بیماری‌ها، داروهای سلولی و دشواری‌های همچنان پابرجا در تولید سلول‌های بنیادی خون‌ساز از سلول‌های iPSC را بررسی کرد. مجموعه‌ای از سخنرانی‌های علمی نیز بر توان تکوینی، پایداری ژنتیکی و ایمنی سلول‌های پرتوان متمرکز بود.
یاسوهیرو تاکاشیما از دانشگاه کیوتو درباره ظرفیت تکوینی گسترده‌تر سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی در حالت نایو یا تمایزنیافته سخن گفت. این سلول‌ها می‌توانند در ساخت مدل‌های جنینی انسانی برای مطالعه مراحل اولیه رشد، لانه‌گزینی و اختلالات مرتبط با بارداری به کار روند و ممکن است در آینده برای پزشکی بازساختی نیز اهمیت داشته باشند. ایوانا بارباریک از دانشگاه شفیلد پژوهش‌هایی را شرح داد که چگونگی ایجاد تغییرات ژنتیکی در سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی و نحوه کسب برتری رقابتی برخی سلول‌های دارای واریانت ژنتیکی در محیط کشت را بررسی می‌کنند. آسا شرمن از دانشگاه عبری اورشلیم نیز نتایج پژوهش غربالگری گسترده ژنومی را ارائه کرد که سازوکارهای ژنتیکی مؤثر بر شکل‌گیری تومور در سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی را شناسایی می‌کند.
این سخنرانی‌ها نشان دادند که پایداری ژنتیکی، قابلیت اطمینان و خطر تشکیل تومور از مسائل محوری در استفاده پژوهشی از این سلول‌ها و توسعه درمان‌های سلولی آینده هستند. مایکه ساندر از مرکز پزشکی مولکولی ماکس دلبروک، پیشرفت‌های حاصل در مهندسی ارگانوئیدهای جزیره‌ای مشتق از سلول‌های بنیادی را برای پژوهش درباره دیابت ارائه کرد. در این روش، رگ‌های خونی و سلول‌های پشتیبان به مدل‌ها افزوده می‌شوند تا عملکرد سلول‌های بتا بهبود یابد و سامانه‌های پیچیده‌تری برای مطالعه دیابت و ارزیابی درمان‌های احتمالی ایجاد شود.
گزارش این نشست به پیشرفت‌های آزمایشگاهی پرداخت و نتیجه‌ای از یک درمان بالینی را گزارش نکرد. یکی از ارائه‌های پژوهشگران جوان نیز پاسخ ایمنی به سلول‌های جایگزین را بررسی کرد. کارل آندرسون از دانشگاه اوپسالا با استفاده از سلول‌های جزیره‌ای مشتق از سلول‌های بنیادی اختصاصی هر بیمار، مطالعه کرد که چگونه سلول‌های تی خودی در دیابت نوع یک به این جزایر نفوذ می‌کنند و به آن‌ها آسیب می‌زنند. این پژوهش به‌عنوان راهی برای کسب اطلاعاتی معرفی شد که می‌تواند به بهبود درمان‌های جایگزینی سلول در آینده کمک کند؛ بااین‌حال، گزارش ارائه‌شده از آزمایش یک مداخله درمانی یا مشاهده نتیجه‌ای در بیماران خبر نداد.
در بخش ارائه‌های کوتاه و پیاپی، ۱۰ پژوهشگر جوان یافته‌های خود را در زمینه‌های بازبرنامه‌ریزی سلولی، تکوین، عفونت و مدل‌سازی اندام‌ها مطرح کردند. مرت آک‌گوندوز از مؤسسه مطالعات پیشرفته زیست‌شناسی انسان در دانشگاه کیوتو، مدل جنینی‌ای مبتنی بر سلول‌های بنیادی انسانی توسعه داد که جنبه‌های مهمی از گاسترولاسیون و اندام‌زایی انسان، از جمله سازمان‌یابی بافت‌ها و شکل‌گیری اولیه اندام‌ها، را بازسازی می‌کند. شوئینگ فان از دانشگاه وست‌لیک نیز چارچوبی محاسباتی برای ترسیم ظرفیت تغییر مسیر سلول‌ها در فرایند بازبرنامه‌ریزی ارائه کرد که توانست حالتی از سلول‌های بنیادی هیپوبلاست انسانیِ خودنوزا و مثبت از نظر OCT4 را شناسایی کند.
دیمیتریوس والاکوس از بنیاد پژوهش‌های زیست‌پزشکی آکادمی آتن، تغییرات سازمان‌دهی کروماتین را بررسی کرد که به سلول‌های تمایزیافته کمک می‌کنند توان پرتوانی را به دست آورند و حفظ کنند. رامون ففندلر از مؤسسه بوتنار برای مهندسی ایمنی در مؤسسه فناوری فدرال زوریخ (ETH زوریخ)، تصویربرداری پیشرفته، یادگیری عمیق و تحلیل مولکولی را با یکدیگر ترکیب کرد تا ارتباط میان شکل و آرایش فضایی سلول‌ها و گذارهای اولیه سرنوشت سلولی در انسان را بررسی کند. دیگر سخنرانی‌های این بخش نیز کاربرد سامانه‌های آزمایشی مبتنی بر سلول‌های iPSC را در حوزه‌های تخصصی زیست‌شناسی انسان گسترش دادند.
سارا استوکی از مرکز پژوهشی هیومن تکنوپول از ارگانوئیدهای عصبی و مدل‌های سلول‌های زایا برای بررسی تأثیر مواد شیمیایی محیطی، هورمون‌ها و استعداد ژنتیکی بر رشد استفاده کرد. این پژوهش همچنین به دنبال شناسایی دوره‌هایی از رشد بود که در آن‌ها آسیب‌پذیری در برابر مختل‌کننده‌های غدد درون‌ریز افزایش می‌یابد. زکری تائوفیق از مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا، سکویی برای پروتئومیک عمیق پروتئین‌های هسته‌ای در برنامه‌ریزی سلولی معرفی کرد که با هدف تسریع تمایز و بلوغ سلول‌های عضلانی قلبی مشتق از سلول‌های iPSC انسانی طراحی شده است. مین جونگ کیم از دانشگاه آجou نیز مدل ارگانوئیدی آلوئول انسانی را برای مطالعه عفونت ناشی از باکتری Mycobacterium abscessus با واسطه ماکروفاژها و التهاب مرتبط با آن شرح داد. هدف این مدل، فراهم کردن بستری برای ارزیابی درمان‌های احتمالی بود.
این پروژه‌ها گستره سامانه‌های آزمایشگاهی در حال توسعه را نشان دادند، اما گزارش همایش شواهدی از اثربخشی درمانی آن‌ها در بیماران ارائه نکرد. سخنرانی‌های دیگری نیز به مدل‌سازی ساختارهای بدنی و اختلالات عصبی اختصاص داشتند. سوتا موتوایکه از مرکز پژوهش و کاربرد سلول‌های iPS، مجموعه‌های بافتی سه‌بعدی از استخوان فک انسان را با استفاده از سلول‌های iPSC تولید کرد که دارای شبکه‌های عروقی و استئوکلاست‌ها بودند. این سامانه‌ها برای بررسی زیست‌شناسی استخوان فک و بیماری‌های مرتبط با آن طراحی شده‌اند.
ماریون گیون از بیمارستان دانشگاهی سنت‌ژوستین و دانشگاه مونترآل، از ارگانوئیدهای مغزی انسانی ویرایش‌شده از نظر ژنتیکی برای مدل‌سازی اختلال در روند رشد عصبی ناشی از جهش‌های ژنتیکی مرتبط با صرع استفاده کرد. هدف این پژوهش بررسی اختلالات مراحل اولیه رشد مغز و فراهم کردن اطلاعاتی برای رویکردهای شخصی‌سازی‌شده در آینده بود. همانند دیگر پژوهش‌های مربوط به ارگانوئیدها و مجموعه‌های بافتی ارائه‌شده در این نشست، این یافته‌ها به مدل‌های آزمایشگاهی مربوط می‌شوند و ثابت نمی‌کنند که درمانی توسعه یافته یا اثربخشی آن در انسان به اثبات رسیده است.
برنامه همایش پژوهش‌های سلول‌های iPSC را با پرسش‌هایی درباره مراحل اولیه رشد و شرایط زیستی لازم برای شکل‌گیری سامانه‌های سلولی انسانی پیوند داد. سخنرانی روسانت ارتباط سلول‌های پرتوان با مدل‌های جنینی را بررسی کرد و ارائه‌های مربوط به سلول‌های iPSC در حالت نایو، مدل‌های سلول‌های زایا و ساختارهای سازمان‌دهنده مشتق از سلول‌های بنیادی، جنبه‌های مشخصی از رشد اولیه انسان را پوشش دادند. موضوعات علمی مطرح‌شده شامل سازمان‌یابی بافت‌ها، لانه‌گزینی، تمایز سلولی و پیامدهای مواجهه با عوامل محیطی یا ژنتیکی در فرایند رشد بود.
مدل‌های گاسترولاسیون، هیپوبلاست، رشد سلول‌های زایا، ارگانوئیدهای عصبی و مجموعه‌های بافتی استخوان فک دارای شبکه عروقی، هرکدام سامانه آزمایشی متمایزی را نمایندگی می‌کردند. بنابراین، برنامه همایش فناوری iPSC را نه یک کاربرد منفرد، بلکه بستری برای ساخت مدل‌هایی جهت بررسی رشد، سازوکارهای بیماری، درمان‌های بالقوه و دیگر پرسش‌های زیست‌شناسی انسان معرفی کرد. این رویداد همچنین مسائل عملی، مقرراتی و تولیدی مرتبط با انتقال پژوهش‌های iPSC به حوزه پزشکی را برجسته ساخت.
در گزارش منتشرشده به کارآزمایی‌های بالینی در حال انجام با سلول‌ها و بافت‌های مشتق از iPSC، مجوز مشروط و مدت‌محدود دو محصول پزشکی بازساختی مبتنی بر این سلول‌ها در ژاپن و ادامه فعالیت‌ها در زمینه مدل‌سازی بیماری، کشف دارو و تولید در مقیاس بزرگ اشاره شده است. بااین‌حال، نام دو محصول، موارد مصرف آن‌ها، نتایج کارآزمایی‌ها و جزئیات مبنای صدور مجوزها و مدت اعتبارشان مشخص نشده است؛ ازاین‌رو، اطلاعات موجود برای ارزیابی دقیق‌تر این دستاوردهای مقرراتی کافی نیست. همچنین، بسیاری از سخنرانی‌ها به روش‌های پژوهشی، مدل‌های آزمایشگاهی یا توسعه سکوهای فناوری اختصاص داشتند، نه مجموعه‌ای یکپارچه از یافته‌های بالینی.
مهم‌ترین دستاورد گزارش‌شده این همایش، گردهمایی جامعه‌ای بین‌المللی از پژوهشگران در نشستی با ظرفیت محدود بود تا دو دهه پژوهش درباره سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را مرور کنند و طیف گسترده‌ای از رویکردهایی را بررسی کنند که همچنان در حال توسعه، ارزیابی و انتقال به کاربردهای درمانی هستند.
موضوع پژوهش: همایش بین‌المللی مروری بر پیشرفت‌های پژوهش سلول‌های بنیادی پرتوان القایی و پزشکی بازساختی.
عنوان مقاله منبع: گردهمایی جامعه جهانی پژوهش سلول‌های بنیادی در کیوتو ژاپن برای بزرگداشت بیستمین سالگرد کشف و نوآوری در زمینه سلول‌های iPSC.
منابع مقاله: گردهمایی جامعه جهانی پژوهش سلول‌های بنیادی در کیوتو ژاپن برای بزرگداشت بیستمین سالگرد کشف و نوآوری در زمینه سلول‌های iPSC. انتشار اولیه. (جزئیات کتاب‌شناختی در دسترس نیست.)
شناسه DOI: ارائه نشده است.
کلیدواژه‌ها: سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، بازبرنامه‌ریزی سلولی، پزشکی بازساختی، ارگانوئیدهای سلول‌های بنیادی، مدل‌های رشد انسان، پایداری ژنتیکی، مدل‌سازی بیماری، انتقال به کاربردهای بالینی، ایمنی سلول‌های بنیادی، همایش کیوتو.