سلولهای بنیادی و بيماري زالي

سلولهاي بنيادي (‏‎(stem Cell‏ سلول هاي اوليه اي هستند که قادر به ايجاد هر نوع سلولي در بدن هستند. اين سلول ها مي توانند تحت تأثير بعضي شرايط فيزيولوژيك يا آزمايشگاهي به سلول هايي با عملكردهاي اختصاصي مانند سلول هاي عضلاني قلب يا سلول هاي توليدكننده انسولين در پانكراس و... تبديل شوند.‏

خصوصيات سلول هاي بنياديسلول هاي بنيادي با ديگر انواع سلول هاي موجود در بدن متفاوت هستند. از جمله خصوصيات مشترک اين سلول ها:

1. توانايي تكثير و افزايش تعداد آنها براي مدت طولاني stem cell‏ ها قادربه تقسيم شدن (‏dividing‏) ونوسازي خودشان براي مدت طولاني هستند. پديده اي که در سلول هاي عضلاني، خوني و يا عصبي به صورت طبيعي ديده نمي‌شود.اما سلول هاي بنيادي اين عمل را بارها و بارها انجام مي دهند. هنگامي که عمل تکثير براي مدت طولاني اتفاق مي افتد آن را ‏proliferation‏ مي نامند. يک جمعيت آغازگر سلول بنيادي که شروع به ‏proliferation‏ مي کند مي تواند ميليون‌ها سلول را ايجاد کند، حال اگر اين سلول ها نيز به مانند سلول هاي مادري اوليه غير تخصصي (‏unspecialized‏) باشند مي گويند که اين سلول ها قادر به ‏long-term self renewal‏ هستند. ‏

2- توانايي تمايز و تبديل به سلول هاي تخصص يافته در سال هاي اخير تحقيقات زيادي در مورد امکان تبديل سلول بنيادي مخصوص يک بافت به سلول هاي تخصصي يک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . اين فرايند را در اصطلاح ‏plasticity‏ مي نامند. براي مثال تبديل سلول هاي بنيادي مغز استخوان به نورون ها و يا تبديل سلول هاي بنيادي کبدي به سلول هاي توليد کننده انسولين و يا تبديل سلول هاي خون ساز به سلول هاي عضله قلبي. ‏اين سلول ها پس از دريافت پيام هاي شيميايي معين مي توانند تمايز حاصل كنند يا به‏‎ ‎سلول هاي تخصص يافته با عملكردهاي خاصي، تبديل شوند‎. ‎‏ عملكرد اين سلول ها در بدن به اين شکل است که به هنگام اختلال و بيماري، تكثير پيدا کرده و سلول‏‎ ‎هاي جديدي به بافت ارائه مي كنند كه اساس سلول هاي درماني را تشكيل مي دهد.‏فرايندي که در آن سلول هاي غيرتخصصي به سلول هاي تخصصي يک بافت خاص تبديل مي شوند را تمايز( ‏differentiation‏) مي نامند اين پديده تحت تاثير ‏signalهاي  داخلي و خارجي قرار مي گيرد که بخش مهمي از تحقيقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.‏Internal signals‏ آن دسته از علائمي هستند که توسط ژن ها کنترل مي شود و در واقع به اطلاعاتي گفته مي شود که خصوصيات و عملکرد ساختاري يک سلول را با کد کردن اطلاعات لازم در يک زنجيره ‏DNA‏ تعيين مي کند.‏ اما منظور از ‏external signals‏ علائمي است که منشا خارج سلولي دارند و شامل مواد شيميايي ترشح شده، تماس فيزيکي با سلول هاي مجاور و مولکول هاي مخصوص در محيط ميکروسکپي اطراف سلول( ‏‎ microenvironment‎‏) هستند.‏‎
‎سلولهاي بنيادي خود بر دو نوع هستند:
* سلولهاي بنيادي جنيني

* سلولهاي بنيادي بالغ

در سال 1960 محققان كشف كردند كه مغز استخوان داراي  حداقل دو نوع سلول بنيادي است : سلول هاي بنيادي خون ساز( كه انواع سلول هاي خوني را در بدن مي سازند) و سلول هاي استرومال( كه مي توانند بافت هاي غضروف، استخوان، چربي و بافت هاي همبندي فيبروز را در بدن بسازند). در اوايل دهه 1980 ميلادي، دانشمندان توانستند سلول هاي بنيادي را از جنين ابتدايي موش جدا كنند. بيشتراين دانشمندان معتقد بودند كه سلول هاي عصبي جديد در مغز افراد بالغ نمي تواند توليد شود تا اينكه در سال 1990 دانشمندان توافق كردند كه مغز بالغين شامل سلول هاي بنيادي است كه قادر به توليد سه نوع اصلي سلول هاي مغزي ( كه شامل آستروسيت ها، اليگودندروسيت ها (سلول هاي غيرعصبي) ، نورون ها (ســلول هـاي عصـبي)) است.

سلول هاي بنيادي افراد بالغ ‏‎(stem cell adult)‎‏ در ارگان ها و بافت هاي زيادي از بدن جدا شده اند، اما نكته مهم اين است كه تعداد بسيار محدودي از اين سلول ها در هر بافت وجود دارد كه در منطقه خاصي از آن بافت براي سالها ساكن باقي مانده و با ظهور بيماري يا آسيب بافتي فعال مي شوند.‏بافت هايي كه سلول هاي بنيادي بالغين در آنها يافت مي شوند عبارتند از: مغز استخوان، خون محيطي، مغز، عروق خوني، پالپ دندان، عضله اسكلتي، پوست، كبد، پانكراس، قرنيه، شبكيه، سيستم گوارش.
‏ در سال 1998دانشمندان موفق به جدا كردن سلول هاي بنيادي جنيني انسان و رشد آنها در محيط آزمايشگاه شدند و اين سلول ها را سلول هاي بنيادي جنيني انسان ناميدند. اين سلول ها همانطور كه از نامشان پيداست از جنين هاي 3 تا 5 روزه كه از تخمک هاي آزمايشگاهي بارور مي شوند به دست مي آيند و در محيط هاي اختصاصي کشت داده مي شوند. ‏
جنين 3 تا 5 روزه را بلاستوسيست مي‌نامند. يک بلاستوسيست توده اي متشکل از 100 سلول و يا بيشتر است. سلول هاي بنيادي سلول هاي دروني يک بلاستوسيست هستند که در نهايت به يک سلول ، بافت و يا اندام درون بدن تبديل مي‌شوند. دانشمندان سلول هاي بنيادي را از بلاستوسيست جدا کرده و آنها را درون ظرف پتري ديش در آزمايشگاه کشت مي‌دهند. پس از آنکه سلول ها چندين بار تکثير شدند و ميزان آنها از گنجايش ظرف کشت فراتر رفت آنها را از آن ظرف برداشته و درون چندين ظرف قرار مي‌دهند به اين کار اصطلاحا" پاساژ گفته مي‌شود. سلولهاي بنيادي جنيني که چندين ماه بدون ايجاد تمايز پرورش يافته‌اند خط سلول بنيادي ‏‎ (cell line)‎ناميده مي‌شوند

کار با سلول هاي بنيادي بالغ سخت‌تر است. زيرا استخراج و کشت آنها نسبت به سلول هاي بنيادي جنيني دشوارتر است. با اين وجود يکي از موانع موجود براي استفاده از سلول هاي بنيادي جنيني، پس زدن آن ها توسط سيستم ايمني است. اگر سلول هاي بنيادي جنيني اهدا شده به يک بيمار تزريق شوند ممکن است سيستم ايمني بدن بيمار اين سلول ها را مهاجمان خارجي تلقي کرده و به آنها حمله کند. اما استفاده از سلولهاي بنيادي بالغ تا حدودي از اين مشکل مي‌کاهد. زيرا  سيستم ايمني بدن بيمار سلولهاي بنيادي خود بيمار را پس نمي‌زند.
سلول هاي بنيادي بر اساس توانايي تكثير و تمايز به انواع  زير تقسيم مي شوند:‏‎

‎1. سلول هاي بنيادي‎ TOTIPOTENT ‎يا همه تواني:‏‎
‎اين سلول ها مي توانند به هر نوع سلولي در بدن تغيير پيدا كرده و تبديل شوند.از جمله اين سلول ها‎ ‎تخمك بارور شده يا سلول هاي توليد شده در‎ ‎تقسيمات يک  تخمك بارور شده  مي باشد.‏

2. سلول هاي بنيادي‎ PLURIPOTENT ‎يا پرتواني‎:
‎اين سلول ها كه از سلول هاي بنيادي رويان منشا مي گيرند، حدود 4 روز پس از لقاح‏‎ ‎به وجود مي آيند و مي توانند به هر نوع سلولي به جز سلول هاي بنيادي همه تواني و‎ ‎سلول هاي جفت تبديل شده و تمايز حاصل كنند‎.

‎3. سلول هاي بنيادي‎ MULTIPOTENT ‎يا چند تواني
‎اين سلول ها از سلول هاي بنيادي پرتواني منشا مي گيرند و سلول هاي تخصص يافته از آنها ناشي‎ ‎مي شوند. براي مثال سلول هاي بنيادي خون ساز كه در مغز استخوان وجود دارند مي توانند به همه‏‎ ‎انواع سلول موجود در خون تبديل مي شوند‎;‎‏ مثل گلبول قرمز، گلبول سفيد و پلاكت . يا‏‎ ‎سلول هاي بنيادي عصبي كه مي توانند به سلول هاي عصبي و سلول هاي حمايت كننده عصبي‎ ‎تبديل شوند.‏

4. سلول هاي بنيادي‎ UNIPOTENT ‎يا تك تواني

 
‎اين نوع سلول ها مي توانند فقط به يك نوع سلول تبديل شده و آن را توليد كنند.‏

کاربرد سلول هاي بنيادي

از سلول هاي بنيادي مي‌توان براي بازسازي سلول ها يا بافت هايي استفاده کرد که بر اثر بيماري يا جراحت صدمه يافته اند. اين نوع درمان به درمان سلولي معروف است. يکي از کاربردهاي بالقوه اين شيوه درمان ، تزريق سلول هاي بنيادي جنيني در قلب براي بازسازي سلول هايي است که بر اثر حمله قلبي صدمه ديده‌اند. ‏

توصيه مي‌شود براي افرادي که در مراحل وخيم بيماري قلبي بوده و در انتظار دريافت قلب پيوندي به‌سر مي‌برند، در کنار تجويز داروهاي سرکوب‌کننده سيستم ايمني، از روش پيوند سلول‌هاي بندناف به‌عنوان يک روش کمکي استفاده کرد. بر اين اساس، اين ايده در دنيا مطرح شده است که نمونه سلول‌هاي بندناف هر شخص در ابتداي تولد گرفته و براي سال‌هاي بعد براي خود فرد ذخيره شود. با اين عمل، بيمار شانس بيشتري براي زنده ماندن تا زمان دريافت قلب را خواهد داشت. اين روش به‌ويژه در بيماران کهنسال که سلول‌هاي بنيادي مغز استخوان آنها براي پيوند کافي نيست، از اهميت بالاتري برخوردار است. از اين‌رو، امروزه در اغلب کشورها بانک‌هاي ويژه‌اي براي جداسازي و نگهداري سلول‌هاي بنيادي بندناف نوزادان تاسيس شده است.‏
از سلول هاي بنيادي مي‌توان براي بازسازي سلول هاي مغزي بيماران مبتلا به پارکينسون استفاده کرد. اين بيماران فاقد سلول هايي هستند که ناقل عصبي موسوم به دوپامين را توليد مي‌کنند. بدون وجود اين پيک شيميايي حرکت بيماران مبتلا به پارکينسون نامنظم و منقطع است و اين افراد از لرزش هاي غير قابل کنترل رنج مي‌برند. در تحقيقات انجام شده روي موش ها پژوهشگران سلول هاي بنيادي جنيني را در مغز موش هاي مبتلا به بيماري پارکينسون تزريق کردند و شاهد آن بودند که سلول هاي بنيادي ، موش ها را بهبود بخشيدند. دانشمندان اميدوارند که روزي بتوانند اين موفقيت خود را در انسانهاي مبتلا به پارکينسون هم تکرار کنند. ‏
با استفاده از سلول هاي بنيادي مي‌توان يک اندام کامل را در آزمايشگاه پرورش داده و آن را جايگزين اندامي کنند که بر اثر بيماري آسيب ديده است. براي اين کار بايد نوعي چارچوب از جنس پليمر زيست تجزيه پذير را به شکل اندام مورد نظر بسازند و سپس آن را با سلول‌هاي بنيادي جنيني يا بالغ بارور سازند. پس از آن عوامل رشد(‏growth factor‏) مخصوص آن اندام افزوده مي‌شوند تا پرورش اندام را تحت کنترل و هدايت درآورند.‏
پس از آنکه چارچوب با بافت خاص آن اندام پوشيده شد آن را به بيمار پيوند مي‌زنند. با به وجود آمدن بافت از سلول هاي بنيادي چارچوب تجزيه شده و در نهايت يک گوش ، کبد يا هر اندام ديگر باقي خواهد ماند.
 براي مثال، در حال حاضر اگر بيماري دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است براي جلوگيري از انتشار سرطان (متاستاز) به بخش‌هاي ديگر بدن، بخش سرطاني کبد را نابود کند. براي اين منظور معمولاً طي دو عمل جراحي همزمان، خون ناحيه سرطاني کبد را قطع مي‌کنند تا بافت سرطاني به تدريج نابود شود. در عين حال چون بخش باقيمانده کبد بايد بتواند وظايف کل کبد را به عهده گيرد، لازم است تا اين اعمال جراحي به نحوي انجام شود که بخش سالم باقيمانده، فرصت تکثير را پيدا کند و در نهايت عملکرد کبد کامل را ايفا کند. براي اين منظور، حداقل 6 هفته زمان لازم است تا بخش باقيمانده و سالم کبد تکثير شود. اما پيوند سلول‌هاي بنيادي بخش سالم کبد، اين مدت زمان به 2 هفته کاهش مي‌يابد. با اين کار نه تنها کبد فرد بيمار در مدت زمان کمتري ترميم مي‌شود، بلکه با خارج کردن سريع‌تر بخش سرطاني از بدن، احتمال بروز متاستاز و دست‌اندازي سرطان به بخش‌هاي ديگر بدن فرد نيز کاهش مي‌يابد.‏
از جمله کاربردهاي ديگر سلول هاي بنيادي، جايگزيني سلول هاي از بين رفته انسولين ساز در ديابت نوع 1 است. از لحاظ تئوري سلول هاي بنيادي جنيني را مي توان در خارج بدن کشت داد و آنها را با استفاده از روش هاي مختلفي از جمله استفاده از "فاکتورهاي رشد" به سلول‌هاي انسولين ساز تبديل کرد و وقتي مقدار کافي از اين سلول ها در دسترس باشد مي توان از آنها براي درمان هر فرد ديابتي که نياز به اين سلول ها داشته باشد استفاده کرد. همچنين مي توان اين سلول ها را با دستکاري ژنتيکي در برابر سيستم ايمني شخص گيرنده و رد پيوند مقاوم کرد، کاري که در مورد سلول هاي بنيادي بالغ امکان پذير نيست. اين امکان نيز وجود دارد تا با قرار دادن اين سلول ها در يک ماده غير ايمني زا کاري کرد که از رد شدن آنها توسط دستگاه ايمني جلوگيري شود و ديگر نيازي به استفاده از داروهاي ضد رد پيوند نباشد.‏
‏ در يکي از تحقيقات جالب که به تازگي در باره سلول هاي بنيادي در افراد بالغ صورت گرفت نشان داده شد که اگر سلول هاي بنيادي موجود در ديواره مجاري غدد لوزالمعده در بالغين در محيط آزمايشگاه کشت داده شوند مي توان با تحريک آنها، يک توده سلولي درست کرد که نه تنها قادر به ترشح انسولين است بلکه قادر است تا ميزان ترشح را براساس قند خون محيط کم يا زياد کند، کاري که براي موفق بودن پيوند بسيار ضروري و حياتي است.‏

 

بيماري آلبينيسم (زالی)
‌شايد تا به حال به افرادي برخورد كرده باشيد كه پوست بسيار سفيدي دارند و حتي رنگ موهاي آنها نيز كاملا سفيد است. اين افراد كه به اصطلاح زال ناميده مي‌شوند در واقع مبتلا به نوعي بيماري ژنتيكي هستند.
زالي يا آلبينيسم نوعي بيماري ژنتيكي و تا حدي شايع در بين جوامع انساني است كه بر اثر آن بدن قادر به ساخت رنگدانه ملانين نبوده و پوست، مو و چشمان شخص زال رنگ روشني به خود مي‌گيرد، از هر 17 هزار نفر يك نفر به زالي دچار مي‌شود.
بد نيست بدانيد علاوه بر انسان و ديگر پستانداران، زالي در پرندگان، خزندگان، دوزيستان و ماهي‌ها نيز بروز مي‌كند. زالي به دو صورت چشمي پوستي و چشمي در انسان‌ها ديده مي‌شود.
در زالي چشمي پوستي، فقدان رنگيزه در پوست، مو و چشم را داريم و در حالت چشمي تنها چشم فاقد رنگيزه بوده و پوست و مو ظاهري نرمال دارند.

در هر 2 حالت به علت فقدان رنگيزه در چشم، عروق خوني موجود در لايه‌هاي زيرين چشم نمايان شده و چشم سرخ‌رنگ (نه در تمام موارد) به نظر مي‌رسد.

انتقال بيماري

ژن زالي مغلوب است يعني اگر فردي يك ژن زالي ‌كه در واقع ژن ساخت ملانين است كه به دلايلي معيوب شده روي يك كروموزوم داشته باشد اگر ژن سالم دومي كروموزوم ديگر داشته باشد آن ژن سالم وظيفه ژن معيوب را برعهده مي‌گيرد و فرد دچار زالي نمي‌شود. اگر فرزندي از پدر و مادري كه هر دو يك ژن زالي دارند متولد شود 25 درصد احتمال دارد كه كودك زال باشد، 50 درصد احتمال ناقل بودن وجود دارد ‌ يك ژن معيوب داشته باشد و 25 درصد احتمال دارد كه ژن‌هاي كاملا سالم داشته باشد. اگر يكي از والدين سالم و ديگري زال باشد همه فرزندان ناقل و اگر يكي ناقل و ديگري زال باشد 25 درصد احتمال ناقل بودن فرزند و 75 درصد احتمال زال بودن فرزندان وجود دارد. اگر والدين هر دو زال باشند همه فرزندان زال خواهند شد.

مشكلات بيماران

در عهد باستان انسان‌هاي زال را داراي قدرت‌هاي جادويي مي‌دانستند و آنها به عنوان جادوگر قبيله از احترام ويژه‌اي برخوردار بودند. در قرون وسطي در برخي كشورها به تصور اين‌ كه اين افراد داراي قدرت‌هاي شيطاني هستند به آتش كشيده مي‌شدند. حتي در شاهنامه فردوسي نيز رگه‌هايي از اين تفكرات در شخصيت زال ديده مي‌شود. اما مشكلات افراد مبتلا به زالي تنها در باورهاي فرهنگي خلاصه نمي‌شود.

مشكلات بينايي يكي از اين مشكلات است. برخي افراد مبتلا به زالي ديد بسيار كمي دارند. بعضي تقريبا نابينا هستند، بعضي مي‌توانند نوشته‌هاي كتاب را بخوانند و بعضي ديد كافي براي رانندگي دارند.

علاوه بر اين مورد اشكالات بينايي ديگري همچون لوچي، تنبلي چشم، آستيكماتيسم و عدم ارتباط چشمي نيز ممكن است در اين افراد وجود داشته باشد. به علت فقدان رنگيزه، نور زيادي از طريق مردمك وارد چشم شده كه مي‌تواند تا حدي باعث آسيب‌هاي چشمي شود، به همين جهت لازم است افراد مبتلا به اين بيماري چشم‌ها و پوست خود را در برابر اشعه‌هاي مضر خورشيدي حفظ كنند. در هنگام مطالعه هم لازم است كه منبع نوري از پشت تابيده شود تا آسيبي به چشم وارد نشود.

توضيح اين ‌كه در چشم يك انسان سالم ميليون‌ها ميليون عصب حساس به نور وجود دارد كه سطح اين اعصاب پوشيده از ملانين است. در واقع اين اعصاب به وسيله ملانين اطلاعات مربوط به چيزي كه مي‌بينيم را به دست مي‌آورند و به مغز مي‌دهند اما در افراد زال به دليل تراكم كم ملانين تصاوير خوب نيستند، همچنين به دليل اين‌ كه در افراد زال نور از عنبيه نيز وارد چشم مي‌شود اين موضوع باعث مي‌شود كه تمركز تصوير در يك نقطه وجود نداشته باشد و باعث عدم ديد صحيح مي‌شود. مغز براي رسيدن به ديد بهتر يكي از چشم‌ها را از مسير اصلي منحرف مي‌كند و باعث بروز لوچي مي‌شود. تنبلي چشم هم به دليل عدم موفقيت چشم‌ها در درست ديدن به وجود مي‌آيد

فناوری نانوبیوتکنولوژی و کاربرد آن در کشاورزی

فناوری نانوبیوتکنولوژی و کاربرد آن در کشاورزی

Nano-Biotechnology and its Application on Agriculture

 چکیده

          در دو دهه اخير، پيشرفت فناوریها، باعث تولید وسايل و موادی با ابعاد بسيار كوچك شده و تمدن بشر را دگرگون و به سوي تحولي فوق العاده در قرن حاضر پيش مي برد. فناوری و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه ابعاد مادون ريزي در حد نانو دارند. در حال حاضر پروسه هاي در ابعاد مولكولی، قابل طراحي، كنترل و همچنين خواص مكانيكي، شيميايي، الكتريكي، مغناطيسي، نوري و… مواد در حدود ابعاد نانو قابل درك، تحليل و سنجش می باشد. فناوریها در قرن گذشته در هر چه ريزتر كردن دانه هاي بزرگتر پيشرفت چشمگيري داشتند اما در قرن حاضر مسير عكس را طي يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آیند. درست شبیه همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم یعنی مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ و تركيب کرده تا دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هایي در حدود نانو تولید شوند. نانوبیوتكنولوژی، هنر ساخت مواد از اتم ها، توانایی كپی كردن دقیق اتم ها بصورت منحصر به فرد، قراردادن آنها در جای دلخواه و ایجاد ارتباط بین بیولوژی مولکولی ساختاری و نانوتکنولوژی مولکولی با بکارگیری پتانسیل بالقوه بیولوژی در ساخت و سازماندهی ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم می باشد. اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در دفع آفات و درمان بيماريهای دامی، طیور، گیاهان زراعی، باغی، داروئی، علوفه ای و صنعتی، دفع علف های هرز، عملکرد بالا در واحد سطح و کیفیت عالی و مناسب محصولات با توجه به ذائقه افراد گوناگون بکار گرفته شده است. با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست در نتیجه نظير طبيعت باید راهي پيدا كنيم تا در جلوگیری از انقراض و نابودی بیشتر جانوران و گونه های گیاهی و دخالت آگاهانه و عالمانه انسان در جهت تسریع روند تكامل گیاهان و جانوران(دامها) گامی برداشته شود.

 

کلمات کلیدی: فناوری، نانوبیوتکنولوژی، بیوتکنولوژی، کشاورزی، دفع آفات و بیماریها