پیری بهایی است که برای تجربه زندگی می‌پردازیم؛ دست‌کم از نگاه فلسفی، می‌توان چنین برداشتی داشت. فرایند طبیعی پیری سلول‌ها با تمایز سلولی آغاز می‌شود. هنگامی که یک سلول بنیادی به نوع مشخصی از سلول تبدیل شود، معمولاً دیگر نمی‌تواند به‌سادگی هویت خود را تغییر دهد. برای مثال، سلول‌های چربی هرگز به سلول‌های عضلانی تبدیل
پیری بهایی است که برای تجربه زندگی می‌پردازیم؛ دست‌کم از نگاه فلسفی، می‌توان چنین برداشتی داشت.
فرایند طبیعی پیری سلول‌ها با تمایز سلولی آغاز می‌شود. هنگامی که یک سلول بنیادی به نوع مشخصی از سلول تبدیل شود، معمولاً دیگر نمی‌تواند به‌سادگی هویت خود را تغییر دهد. برای مثال، سلول‌های چربی هرگز به سلول‌های عضلانی تبدیل نمی‌شوند؛ حتی اگر بارها آرزو کنیم یا مقابل آینه به آن‌ها فشار بیاوریم و دست‌کاری‌شان کنیم!
البته این محدودیت در طبیعت به معنای ناتوانی دانشمندان در تغییر هویت سلول‌ها نیست. پژوهشگران با روش‌های مهندسی زیستی توانسته‌اند سلول‌ها را به انواع دیگری تبدیل کنند؛ گویی علم در تلاش است ناکامی کیمیاگران گذشته را به شکلی زیستی جبران کند.
اکنون دانشمندان موفق شده‌اند سلول‌های خونی افراد مسن را به سلول‌های بنیادی عصبی جوان تبدیل کنند. نکته شگفت‌انگیزتر اینکه این سلول‌ها هرچه زمان بیشتری از عمرشان می‌گذشت، از نظر شاخص‌های زیستی جوان‌تر می‌شدند.
پژوهشگران بیمارستان دانشگاهی بن در آلمان، جزئیات این روش را در نشریه علمی Aging Cell منتشر کرده‌اند.
تبدیل مستقیم سلول‌ها و جوان‌سازی مغز
تبدیل سلولی به دو روش اصلی انجام می‌شود. در روش نخست، سلول تخصص‌یافته ابتدا به یک سلول بنیادی پرتوان بازمی‌گردد؛ وضعیتی شبیه سلول‌های بنیادی جنینی که هنوز هویت تخصصی مشخصی ندارند. سپس این سلول به نوع دیگری از سلول تبدیل می‌شود.
روش دوم، تبدیل مستقیم نام دارد که مرحله میانی را کنار می‌گذارد و سلول را مستقیماً به نوع دیگری تغییر می‌دهد. اولیور بروستله، مدیر مؤسسه عصب‌زیست‌شناسی بازسازی در بیمارستان دانشگاهی بن، درباره این دستاورد گفت:
با استفاده از این روش، پیش‌سازهای گلبول‌های قرمز را مستقیماً به سلول‌های بنیادی عصبی تبدیل کرده‌ایم.
پژوهشگران برای انجام این آزمایش از نمونه‌های سلولی ۱۵ اهداکننده با سنین مختلف، از نوزادان تا افراد ۱۰۱ ساله، استفاده کردند.
آن‌ها سلول‌های پیش‌ساز اریتروئیدی (EPCs) را انتخاب کردند؛ سلول‌هایی که هنوز در مسیر تبدیل شدن به گلبول‌های قرمز بالغ قرار دارند. سپس این سلول‌ها را به سلول‌های بنیادی عصبی القایی (iNSCs) تبدیل کردند که توانایی ایجاد انواع مشخصی از سلول‌های عصبی را دارند.
برای انجام این تبدیل مستقیم، محققان از عاملی استفاده کردند که معمولاً به‌عنوان عامل تخریب‌کننده سلول‌ها شناخته می‌شود: ویروس.
پژوهشگران با کمک این ویروس، دو عامل رونویسی را به سلول‌ها انتقال دادند. عوامل رونویسی پروتئین‌هایی هستند که با اتصال به دی‌ان‌ای، فعالیت ژن‌ها را تنظیم می‌کنند و در این آزمایش، تغییر هویت سلول‌ها را امکان‌پذیر ساختند.
سپس محققان با استفاده از دو روش بررسی ژنتیکی، یعنی اندازه‌گیری متیلاسیون دی‌ان‌ای و توالی‌یابی آر‌ان‌ای، آثار جوان‌سازی و تغییرات فعالیت ژن‌ها را زیر نظر گرفتند.
حدود ۱۲ روز پس از ورود ویروس به سلول‌ها، نشانه‌های هویت جدید آن‌ها ظاهر شد. پروتئین‌های مرتبط با سلول‌های خونی به‌تدریج جای خود را به پروتئین‌هایی دادند که با سلول‌های عصبی ارتباط دارند.
در ابتدای آزمایش، سن اپی‌ژنتیکی سلول‌های پیش‌ساز اریتروئیدی با سن تقویمی اهداکنندگان ارتباط نزدیکی داشت. سن اپی‌ژنتیکی به تغییرات شیمیایی انباشته‌شده روی دی‌ان‌ای اشاره دارد که می‌توان از آن‌ها برای ارزیابی برخی جنبه‌های پیری زیستی استفاده کرد.
سلول‌های بنیادی پرتوان معمولاً با بازگشت به وضعیتی شبیه مراحل اولیه رشد جنینی، بسیاری از نشانه‌های پیری را از دست می‌دهند؛ فرایندی که مستقل از سن فرد اهداکننده رخ می‌دهد. به همین دلیل، پژوهشگران می‌خواستند بدانند آیا روش تبدیل مستقیم نیز می‌تواند سلول‌ها را جوان کند یا خیر.
نتایج نشان داد که این روش نیز به جوان‌سازی سلول‌ها منجر می‌شود، هرچند دستیابی به این اثر بیش از دو برابر زمان بیشتری نیاز داشت.
سلول‌هایی که با افزایش سن جوان‌تر شدند
شگفتی اصلی پژوهش تازه در همین نقطه آشکار شد؛ زیرا سلول‌های بنیادی عصبی نه‌تنها جوان‌تر شدند، بلکه در طول زمان نیز به روند جوان‌سازی ادامه دادند.
در فاصله ۵۰ تا ۱۰۰ روز پس از تبدیل، سن اپی‌ژنتیکی سلول‌ها همچنان کاهش یافت و سرانجام به حدود ۵ درصد سن اهداکننده رسید. بیشتر ویژگی‌های اپی‌ژنتیکی مرتبط با افزایش سن نیز تقریباً تا روز پنجاهم فرایند تبدیل، به وضعیت جوان‌تری بازگشته بودند.
به بیان دیگر، این سلول‌ها برخلاف انتظار، با گذشت زمان جوان‌تر شدند. پژوهشگران در بیانیه رسمی خود خاطرنشان کردند که سلول‌های تبدیل‌شده طی ۵۰ روز، از نظر شاخص‌های اپی‌ژنتیکی حدود ۶۰ سال جوان‌تر شدند. این نتیجه تا حدی یادآور وعده‌های تبلیغات محصولات جوان‌سازی و خدمات اسپا برای از بین بردن آثار گذر زمان است؛ البته در این مورد، دستاورد علمی واقعاً در سطح سلول‌ها مشاهده شده است.
اما آیا این سلول‌ها واقعاً جوان‌تر شده بودند یا فقط از نظر ظاهری چنین به نظر می‌رسیدند؟ درست مانند پوشیدن یک هودی از برند تراشر که لزوماً تعادل و مهارت یک اسکیت‌سوار حرفه‌ای را به فرد نمی‌بخشد، جوان‌تر به نظر رسیدن سلول‌ها نیز به‌تنهایی برای اثبات جوان‌سازی واقعی کافی نیست.
اولیور بروستله در این باره گفت:
ما همچنین می‌دانیم که این جوان‌سازی اپی‌ژنتیکی باعث می‌شود سلول‌ها در عمل نیز مانند سلول‌های جوان رفتار کنند.
پژوهشگران برای بررسی این موضوع، معیارهای مختلفی را ارزیابی کردند؛ از جمله الگوی تولید پروتئین‌ها و توانایی سلول‌های جوان‌شده در بازیافت و تجزیه مواد درون‌سلولی.
نتایج نشان داد که این سلول‌ها آسیب دی‌ان‌ای کمتری داشتند و نشانه‌های مرتبط با سمیت میتوکندریایی نیز در آن‌ها کاهش یافته بود. بنابراین، سلول‌های حاصل از تبدیل مستقیم از مزایایی برخوردار بودند که پیش‌تر در سلول‌های بنیادی بازبرنامه‌ریزی‌شده مشاهده شده بود.
نکته جالب دیگر اینکه سلول‌ها حتی در شرایطی که تکثیر و تقسیم آن‌ها مهار شده بود، همچنان از نظر زیستی جوان‌تر می‌شدند. این یافته نشان می‌دهد که فرایند جوان‌سازی الزاماً به توانایی سلول‌ها برای تقسیم و افزایش تعداد وابسته نیست.
محدودیت‌های پژوهش و چشم‌انداز درمان بیماری‌های عصبی
پژوهشگران به چند محدودیت مهم در مطالعه خود نیز اشاره کردند. از جمله این موارد می‌توان به احتمال وجود سوگیری‌های ریاضی در مدل‌های محاسبه جوان‌سازی، نبود سلول‌های بنیادی عصبی با سن طبیعی و بالا برای مقایسه مستقیم و همچنین تفاوت احتمالی رفتار سلول‌ها در محیط آزمایشگاهی با عملکرد آن‌ها در بدن زنده اشاره کرد.
با وجود این محدودیت‌ها، نتایج اولیه امیدوارکننده به نظر می‌رسند و نشان می‌دهند که سلول‌های مهندسی‌شده ممکن است قابلیت استفاده در مطالعات و کاربردهای درمانی آینده را داشته باشند.
در پژوهش‌های پیشین دانشمندان بن، که یادآور آزمایش‌های علمی تخیلی روی موش‌ها بود، سلول‌های مهندسی‌شده پس از پیوند به مغز موش‌ها توانستند با سلول‌های عصبی موجود ارتباط برقرار کنند.
این آزمایش‌ها که یادآور مجموعه کارتونی Pinky and the Brain هستند، احتمال استفاده درمانی از این فناوری را مطرح می‌کنند. چنین رویکردی در آینده ممکن است امکان مهندسی سلول‌های مغزی را برای کمک به افرادی فراهم کند که از بیماری‌های تخریب‌کننده دستگاه عصبی رنج می‌برند.
یکی دیگر از مزایای روش جدید، طولانی بودن فرایند جوان‌سازی است که فرصت مناسبی برای بررسی دقیق‌تر سازوکارهای زیستی فراهم می‌کند. اولیور بروستله با تأکید بر این ویژگی گفت:
جوان‌سازی که در یک بازه زمانی طولانی ادامه پیدا می‌کند، می‌تواند یک مدل آزمایشی ایده‌آل باشد.
او در ادامه توضیح داد:
از آنجا که ساعت‌های اپی‌ژنتیکی طی چندین هفته به‌آرامی تنظیم مجدد می‌شوند، می‌توانیم با استفاده از این مدل بررسی کنیم که کدام عوامل و مواد فعال، فرایند جوان‌سازی را سرعت می‌بخشند یا آن را آهسته می‌کنند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Aging Cell منتشر شده است.