حفظ الخلايا الجذعية

تطورات وتحديات في حفظ الخلايا الجذعية للتطبيقات العلاجية 

حفظ الخلايا الجذعية البالغة، وتحديداً أنواع الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية والميزانشيمية، أظهرت وعوداً كبيرة في التطبيقات العلاجية للإنسان. حالياً، تُستخدم الخلايا الجذعية الجنينية البشرية بشكل أساسي لتعزيز فهمنا للتطور وتقدم الأمراض، مع إظهار وعد كبير أيضاً في المجال العلاجي. يعد حفظ الخلايا الجذعية أمراً بالغ الأهمية لاستخدامها في الإعدادات السريرية والبحثية على حد سواء. 

تزداد استخدامات الخلايا الجذعية في علاج مجموعة متنوعة من الأمراض والحالات. على سبيل المثال، تُستخدم الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية، أو ما تسمى بالخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs)، عادةً في علاج سرطان الدم. ولكن الآن، يتم استخدامها أيضاً في علاجات لحالات مثل تلف القلب الناتج عن نوبة قلبية، واضطرابات الدم الوراثية، والأمراض المناعية الذاتية. يتكون النخاع العظمي من مجموعة متنوعة من الخلايا التي تنشأ من سلالات هيماتوبويتية وميزانشيمية ووعائية. 

بالتحديد، حيث أظهرت المكونات الميزانشيمية لهذه الخلايا القدرة على إنتاج خلايا العظم والغضروف والخلايا المشابهة للعضلات تحت ظروف البيئة الموجودة فيها. تُستخدم الخلايا الجذعية الميزانشيمية أو ما تسمى بالخلايا الجذعية الوسطية (MSCs) سريرياً لإصلاح القلب وتعزيز احتباس الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية. الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) مُبشرة للغاية لتقدم فهم الأمراض وكذلك كأساس لعلاجات قائمة على الخلايا. تواجه الخلايا الجذعية الجنينية البشرية تحديات فريدة، مثل السيطرة على تمايز الخلايا، ومع ذلك، فإنها تتجاوز العديد من العقبات التي تواجه الخلايا الجذعية البالغة، مثل التوافر المحدود. وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على التجربة السريرية الأولى في الولايات المتحدة لعلاج الإصابات النخاعية الشوكية باستخدام علاجات مبنية على الخلايا الجذعية الجنينية البشرية. حفظ الخلايا الجذعية ضروري للتقدم في التطبيقات البحثية والسريرية لعلاجات الخلايا القائمة على الخلايا الجذعية. يتيح إنشاء بنوك خلايا تحتوي على مجموعات متنوعة من التكامل الجيني المعقد والأنماط المعدلة جينياً. 

نظراً لأن جمع الخلايا الجذعية من مصادر مثل دم الحبل السري قد يكون غير متوقع أو صعب التحكم فيه، فإن القدرة على حفظ الخلايا الجذعية تجعلها متاحة للأغراض البحثية أو السريرية. يتيح حفظ الخلايا الجذعية إجراء اختبارات الجودة والسلامة قبل استخدامها، كما يسهل نقل الخلايا بين مواقع جمعها ومرافق المعالجة والإدارة السريرية. في النهاية، يدعم حفظ الخلايا الجذعية للاستخدام العلاجي إنشاء إطار لتصنيع علاجات قائمة على الخلايا الجذعية. يتيح حفظ الخلايا الجذعية بعد الإنتاج تزامن العلاج مع جداول رعاية المرضى ويقلل من احتياجات التوظيف في مرافق إنتاج الخلايا السريرية.

إنشاء بروتوكول التجميد لنوع خاص من الخلايا يتطلب:

التحضير قبل التجميد / إدخال الخلايا إلى محلول التجميد، تجميد وفقاً للبروتوكول التخزين تحت ظروف محددة / إذابة تحت ظروف مسيطر عليها. في هذا المقال، نركز اهتمامنا على تلخيص دراسات حفظ الخلايا الجذعية الأخيرة التي أُجريت منذ عام 2000، والتي هدفت إلى إنشاء عناصر البروتوكول المذكورة أعلاه للخلايا الجذعية الهيماتوبويتية والميزانشيمية. للحصول على منظور تاريخي أوسع لحفظ الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية، يمكنكم الرجوع إلى مراجعات كتبها سبوتيك وزملاؤه (المراجع 9-12). بالإضافة إلى ذلك، سيشمل مناقشتنا تجميد الخلايا الجذعية الجنينية البشرية، مع التركيز الخاص على الدراسات الأخيرة التي أُجريت منذ عام 2000. علاوة على ذلك، سنكتشف التحديات الناشئة في حفظ الخلايا الجذعية مع استمرار تطوير واعتماد تطبيقات جديدة للخلايا المحفوظة.

الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية (HSCs) 

أظهرت الدراسات الأخيرة التي تهدف إلى تعزيز تجميد الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية أساساً تركيزها على منطقتين رئيسيتين: تعديل بروتوكولات محلول التجميد والتخزين. يُستخدم ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) في تجميد HSCs، عادةً بتركيز 10%، وهو مستخدم على نطاق واسع. أجرى أبراهامسن مقارنة بين تأثيرات 5% مقابل 10% DMSO على خلايا CD34+، مما أظهر زيادة في بقاء الخلايا الجذعية من 52% إلى 74% مع تركيز DMSO الأقل. في دراسة أجراها غالمس وزملاؤه، لم يظهر هناك فرقاً كبيراً في زرع الخلايا بين المرضى الذين عولجوا بالخلايا المحفوظة باستخدام تركيز منخفض من DMSO) 5%)، على الرغم من التقليل بنسبة 60% في سمية DMSO ذات الصلة بالدراسات الأخرى التي أجراها باكين وزملاؤه. قام باحثون آخرون بدراسة إدخال المواد المضافة، بالإضافة إلى DMSO، بهدف تعزيز الخلايا الجذعية الهيماتوبويتية HSCs.

أظهرت الدراسات أن مستويات منخفضة من التريهالوز (25 ملغ/مل) والكاتاليز (100 مكغ/مل) يمكن أن تخفف من الخلايا الميتة بعد الإذابة في نماذج HSCs للفئران وتعزز استرداد وحدات تكوين الكولوني من دم الحبل السري وHSCs المعزولة من الكبد الجنيني. أظهرت محاليل حماية التجميد المحسنة بمثبتات الغشاء مثل التورين، ومضادات الأكسدة مثل حمض الأسكوربيك وأسيتات α-توكوفيريل تحسين استرداد ما بعد الإذابة في الدراسات. تشير هذه النتائج إلى أن المواد المضافة، إلى جانب عوامل الحماية التقليدية، يمكن أن تحمي الخلايا بفعالية من ضغوط التجميد والإذابة، مما يحسن استردادها بعد الإذابة. ركزت الأبحاث الأخيرة أيضاً بشكل كبير على دراسة كيفية تأثير معدل التبريد ودرجة حرارة التخزين على استرداد HSC. تتضمن البروتوكولات الحالية عادة استخدام مبرد بمعدل محكم لتبريد HSCs بمعدل حوالي 1°C في الدقيقة، تليها التخزين في النيتروجين السائل. اكتشفت عدة دراسات استخدام المبردات الميكانيكية في -80°C لتجميد HSCs. استخدم كلابيسون وزملاؤه مزيجاً من نشادر النشو و DMSO بنسبة 5% في مبرد ميكانيكي -80°C، مما أدى إلى فاعلية خلايا ونشاط BFU-E وCFU-GM قليلاً أفضل من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام DMSO بنسبة 10% وطريقة المبرد ذي معدل محكم. لاحظت دراسة مماثلة من قبل كودو وزملاؤه، الذين استخدموا العزل حول منتج PBPC لتنظيم معدل التبريد في مبرد ميكانيكي.

خلايا الجذعية الميزانشيمية (MSCs) قليلة هي الدراسات التي اكتشفت خصائص التجميد لـ MSCs، باختبار محاليل تجميد مختلفة. استخدم كارفاليو وزملاؤه المحلول الغني بالعناصر الغذائية المستخدم لنمو الخلايا الجذعية في بيئة المختبر، والذي تم تعزيزه بمواد إضافية لدعم نمو الخلايا وتمايزها بنسبة 10% من المصل الجنيني العجول (FCS) و 5% ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) لتجميد MSCs المعزولة من نخاع العظام للجرذان. استخدم الباحثون الآخرون محلول مماثل لتجميد MSCs البشرية المستمدة من نخاع العظام. تحتوي محاليل حفظ الخلايا الجذعية أو الغسيل بعد الذوبان أحياناً على مواد مضافة تهدف إلى التأثير في استجابات الخلايا لضغوط التجميد والإذابة (مثبطات البروتينات الملتصقة Rho-associated kinase (ROCK) تحسين استرداد الخلايا على المدى الطويل بعد الذوبان. قليلة هي الدراسات التي تناولت تأثير ظروف التبريد على استرداد MSCs بعد الإذابة. أجرت بعض هذه الدراسات تبريد معدل محكم للعينات. قام كارفاليو وزملاؤه أيضًا بتقييم معدلات تبريد مختلفة (3 و 5 و 10°C/دقيقة) ولكن لم يلاحظوا أي تفاوت كبير في بقاء MSC مع معدل التبريد. استخدم الباحثون الآخرون مبردات ميكانيكية، مع Heng وزملاؤه وضع العينات مباشرة في مجمد -80°C، وKotobuki وزملاؤه تخزين العينات أولاً في مجمد ميكانيكي -30°C ثم نقلها إلى مجمد -80°C. يتضمن الحفظ الزجاجي لـ MSCs غمر العينات بسرعة في قارورة تجميد في النيتروجين السائل. 

اعرف المزيد عن الخلايا الجذعية من خلال الرابط التالي:

بنك تخزين الخلايا الجذعية في الإمارات مستقبل صحي لطفلك (smartcells.ae)

حتى الآن، لم تبحث الدراسات في تأثير ظروف التخزين (درجة الحرارة والمدة) أو تأثير ظروف الإحماء على استرداد بعد الإذابة. قياسات استرداد بعد الإذابة في الدراسات أظهرت عدة تحديات لـ MSCs. على وجه التحديد، لاحظت دراستان أن قياسات البقاء بعد الإذابة تختلف اعتمادًا على توقيت الاختبار أو الوقت المنقضي بعد الإذابة. وبشكل أكثر تحديدًا، فإن بقاء MSCs قل بمرور الوقت بعد الإذابة، حيث أظهرت MSCs المجمدة والمذابة انخفاضًا في البقاء من أكثر من 80% في 2 ساعة إلى أقل من 40% في 8 ساعات عند الاحتفاظ بدرجة الحرارة في 4°C. كان هذا الانخفاض ربما بسبب البروتينات الملتصقة بالإذابة، على الرغم من عدم مراقبة علامات البروتينات الملتصقة.

بالإضافة إلى ذلك، قد تؤدي طرق قياس البقاء المختلفة إلى نتائج متفاوتة. لاحظ كارفاليو وزملاؤه فرقاً كبيراً في البقاء عندما تم قياسه بالتيبان الأزرق مقارنة بـ 7-AAD (90.6% مقابل 66.3%). ليس غريب هذا التباين، حيث أن البقاء الذي تم تقييمه بواسطة سلامة الغشاء لا يتطابق في كثير من الأحيان مع الإجراءات الوظيفية للبقاء. في النهاية، يجب أن يتضمن التقييم النهائي للخلايا الجذعية بعد الإذابة اختبارات شاملة أكثر، بما في ذلك تقييم العلامات السطحية المرتبطة بالخلايا الجذعية واختبارات التمايز. في الوقت الحالي، لا يوجد بروتوكول متفق عليه عالمياً للحفظ لـ MSCs. 

الأبحاث الإضافية ضرورية لتحديد التركيب الأمثل لمحلول حفظ الخلايا الجذعية وأكثر معدلات التبريد فعالية لـ MSCs. يثير استخدام MSCs في إصلاح القلب والارتباط بـ DMSO ردود فعل سلبية متعلقة بأمراض القلب والأوعية الدموية المختلفة (مثل انخفاض ضغط الدم والرجفان)، ويثير مخاوف بشأن استخدام DMSO لحفظ MSC ما لم يتم إزالته تماماً قبل الحقن. الانخفاض السريع في البقاء الملاحظ مع مرور الوقت بعد الإذابة من قبل الباحثين الآخرين يشير أيضاً إلى أن البروتينات الملتصقة بالإذابة هي مصدر قلق كبير بالنسبة لـ MSCs. اقترحت دراسة واحدة أنه يمكن نظرياً أن تكون هذه الخلايا “تحت الإنقاذ” عن طريق استخدام مثبط. نظراً للزيادة المتزايدة في عدد الاضطرابات والمرضى الذين يتم علاجهم بواسطة MSCs، هناك حاجة واضحة لإجراء مزيد من الأبحاث لتعزيز أساليب حفظ الخلايا الجذعية هذه وبالتالي تسهيل تطبيقها السريري.

لماذا يوجد جدل حول استخدام الخلايا الجذعية الجنينية؟

تؤخذ الخلايا الجذعية الجنينية من الأجنة في مراحلها المبكرة – وهي مجموعة من الخلايا التي تتكون عندما يتم تخصيب البويضات بالحيوانات المنوية في عيادة الإخصاب في المختبر. وبسبب أن الخلايا الجذعية الجنينية تؤخذ من الأجنة البشرية، فقد أثيرت عدة أسئلة حول أخلاقيات أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية.

قامت المعاهد الوطنية للصحة بوضع إرشادات لأبحاث الخلايا الجذعية البشرية في عام 2009. تحدد هذه الإرشادات ماهية الخلايا الجذعية الجنينية وكيف يمكن استخدامها في البحث، وتتضمن توصيات للتبرع بالخلايا الجذعية الجنينية. كما تنص الإرشادات على أن الخلايا الجذعية الجنينية من الأجنة التي تم إنشاؤها بواسطة الإخصاب في المختبر يمكن استخدامها فقط عندما لا يكون الجنين مطلوباً بعد الآن.

المراجع:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2781093/

https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/bone-marrow-transplant/in-depth/stem-cells/art-20048117