پژوهشگران بیمارستان دانشگاهی بن و دانشگاه بن این دگرگونی چشمگیر را با بازبرنامه‌ریزی گلبول‌های قرمز نابالغ به سلول‌های بنیادی عصبی انجام دادند؛ سلول‌هایی که در ادامه می‌توانند به سلول‌های مغزی تبدیل شوند. در جریان این فرایند، نشانگرهای مولکولی مرتبط با پیری عملاً بازنشانی شدند و سلول‌ها در سطح مولکولی بیش از ۶۰ سال جوان‌تر شدند.
برخلاف روش‌های پیشین، جوان‌سازی به‌تدریج رخ داد و دانشمندان توانستند تغییرات را در بازه‌ای طولانی دنبال کنند. این روند آهسته‌تر می‌تواند سرنخ‌های مهمی درباره چگونگی معکوس شدن پیری سلولی فراهم کند و به بررسی درمان بیماری‌های مرتبط با افزایش سن کمک کند.
یافته‌ها در نشریه ایجینگ سل منتشر شده است.
چگونه دانشمندان سلول‌های خونی را به سلول‌های بنیادی مغزی تبدیل می‌کنند
بدن انسان صدها نوع سلول تخصصی دارد که همگی از یک تخمک بارورشده سرچشمه می‌گیرند و تقریباً همان دستورالعمل‌های ژنتیکی را حمل می‌کنند. با رشد سلول‌ها، هر کدام نقش مشخصی بر عهده می‌گیرد. در شرایط عادی، سلول پوست نمی‌تواند به سلول کبد تبدیل شود و سلول خونی هم نمی‌تواند سلول عصبی شود.
روش‌های آزمایشگاهی امروز این محدودیت‌های زیستی را پشت سر گذاشته‌اند. اکنون دانشمندان می‌توانند برخی سلول‌های بالغ را چنان بازبرنامه‌ریزی کنند که هویتی کاملاً متفاوت پیدا کنند. برای نمونه، سلول‌های پوست را می‌توان به سلول‌هایی تبدیل کرد که توانایی تولید بافت عصبی دارند؛ رویکردی که در آینده ممکن است در درمان بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی به کار آید.
این فرایند بر ترکیبی از پروتئین‌هایی به نام عوامل رونویسی استوار است که نحوه فعال شدن ژن‌ها را تنظیم می‌کنند. با تغییر دستورالعمل‌های ژنتیکی‌ای که سلول از آن‌ها پیروی می‌کند، این پروتئین‌ها مسیر رشد سلول را عوض می‌کنند و هویتی تازه به آن می‌دهند.
«با این روش، پیش‌سازهای گلبول قرمز را مستقیماً به سلول‌های بنیادی عصبی تبدیل کردیم»، توضیح می‌دهد پروفسور دکتر اولیور بروستله، مدیر مؤسسه نوروبیولوژی ترمیمی در بیمارستان دانشگاهی بن.
آزمایش‌های پیشین تیم بن نشان داده بود سلول‌های عصبی حاصل از این رویکرد، پس از پیوند به مغز موش‌ها، می‌توانند با نورون‌های موجود ارتباط برقرار کنند.
دانشمندان بیش از ۶۰ سال پیری سلولی را معکوس کردند
تازه‌ترین بررسی بر پیامدی جالب از بازبرنامه‌ریزی سلولی متمرکز بود: بازگشت چشمگیر سن مولکولی.
«در مطالعه کنونی روی پدیده‌ای دیگر تمرکز کردیم؛ یعنی این مشاهده که سلول‌ها هنگام بازبرنامه‌ریزی به‌طور چشمگیری جوان می‌شوند»، تأکید می‌کند بروستله که عضو حوزه پژوهشی میان‌رشته‌ای زندگی و سلامت در دانشگاه بن نیز هست.
برای سنجش میزان جوان‌سازی، پژوهشگران ساعت‌های مولکولی متن رو سلول‌ها را بررسی کردند، به‌ویژه نشانگرهای زیستی موسوم به ساعت‌های اپی‌ژنتیک. این ساعت‌ها سن زیستی سلول را با تحلیل تغییرات شیمیایی روی دی‌ان‌ای برآورد می‌کنند؛ تغییراتی که با بالا رفتن سن موجود زنده انباشته یا دگرگون می‌شوند.
این تغییرات خود توالی دی‌ان‌ای را عوض نمی‌کنند، بلکه بر میزان به‌کارگیری برخی دستورالعمل‌های ژنتیکی اثر می‌گذارند. چون این الگوها با سن به‌شکلی قابل پیش‌بینی تغییر می‌کنند، دانشمندان از آن‌ها برای تخمین سن ظاهری سلول در سطح مولکولی استفاده می‌کنند.
نتایج چشمگیر بود. پس از بازبرنامه‌ریزی، سلول‌های گرفته‌شده از فردی ۸۰ ساله نشانه‌های سن مولکولی متناظر با فردی جوان‌تر از ۲۰ سال را نشان دادند. به بیان دیگر، این فرایند بیش از شش دهه پیری سلولی را به عقب بازگردانده بود.
«همچنین می‌دانیم این جوان‌سازی اپی‌ژنتیک باعث می‌شود سلول‌ها واقعاً مانند سلول‌های جوان رفتار کنند»، می‌گوید این پژوهشگر.
فرایند آهسته‌تر جوان‌سازی سرنخ‌های تازه‌ای آشکار می‌کند
دانشمندان پیش‌تر دیده بودند بازبرنامه‌ریزی سلول‌ها می‌تواند سن زیستی آن‌ها را بازنشانی کند. با این حال، نمونه‌های قبلی این اثر به فرایندی پیچیده‌تر و دو مرحله‌ای نیاز داشت.
نخست پژوهشگران سلولی موجود، مانند سلول خونی، را به سلول بنیادی پرتوان تبدیل می‌کردند. این سلول‌های همه‌کاره تقریباً مسیرهای رشد نامحدودی دارند، چون می‌توانند منشأ انواع بسیار متفاوت سلول در بدن شوند.
سپس سلول بنیادی پرتوان به سمت تبدیل شدن به سلول بنیادی عصبی هدایت می‌شد؛ سلولی تخصصی‌تر که می‌تواند سلول‌های دستگاه عصبی را بسازد.
این روش رایج جوان‌سازی را نسبتاً سریع پدید می‌آورد و بررسی همه تغییرات در حال وقوع را دشوار می‌کند.
پژوهشگران بن در عوض مرحله پرتوانی را کاملاً کنار گذاشتند.
«در مقابل، سلول‌های خونی را مستقیماً به سلول‌های بنیادی عصبی تبدیل کردیم؛ یعنی بدون عبور از مرحله سلول پرتوان»، گفت بروستله. «در رویکرد ما، جوان‌سازی به‌تدریج رخ داد و بیش از ۱۰۰ روز قابل پیگیری بود.»
پژوهشگران کاهش چشمگیر سن مولکولی را دیدند و مطالعه جوان‌سازی حدود ۶۰ سال را پس از ۵۰ روز برجسته می‌کند. چون فرایند در بازه‌ای بسیار طولانی‌تر ادامه داشت، دانشمندان توانستند تغییرات زیستی را در حین رخ دادن بررسی کنند و فقط به نتیجه نهایی بسنده نکنند.
جوان‌سازی سلولی چه معنایی برای پژوهش آلزایمر می‌تواند داشته باشد
توانایی مشاهده جوان شدن تدریجی سلول‌ها برای دانشمندانی که می‌خواهند سازوکارهای کنترل‌کننده پیری زیستی را بفهمند ارزش ویژه‌ای دارد.
با مطالعه این دگرگونی طولانی، پژوهشگران می‌توانند بررسی کنند کدام مسیرهای مولکولی دخیل‌اند و بیازمایند آیا مواد خاصی روند جوان‌سازی را تند یا کند می‌کنند.
«جوان‌سازی‌ای که در چنین بازه طولانی ادامه پیدا می‌کند، مدل آزمایشگاهی مناسبی است: چون ساعت‌های اپی‌ژنتیک طی چند هفته به‌آرامی بازنشانی می‌شوند، می‌توان با این مدل بررسی کرد کدام عوامل و مواد فعال فرایند جوان‌سازی را تسریع یا کند می‌کنند.»
این یافته‌ها می‌توانند برای علوم اعصاب اهمیت داشته باشند؛ حوزه‌ای که در آن پیری با شکل‌گیری بیماری‌های عصبی جدی پیوند نزدیکی دارد. این کار درمانی را ثابت نمی‌کند که بتواند پیری را در انسان معکوس کند، اما مدلی آزمایشگاهی برای بررسی چگونگی بازیافتن ویژگی‌های جوانی در سلول‌ها فراهم می‌آورد.
چنین مدلی در نهایت می‌تواند به دانشمندان کمک کند تغییرات سلولی مرتبط با بیماری‌هایی مانند آلزایمر را بهتر درک کنند.
«در نهایت، سن مهم‌ترین عامل خطر بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند آلزایمر است.»
در این پژوهش تیم‌هایی از بیمارستان دانشگاهی بن، دانشگاه بن و دانشگاه فنی آخن مشارکت داشتند. تأمین مالی از برنامه افق ۲۰۲۰ اتحادیه اروپا، بنیاد پژوهش آلمان و وزارت فدرال پژوهش، فناوری و فضا انجام شد.