پیوند سلولی برای درمان بیماری دیابت

مقدمهعملیات پیوند غدد درون‌ریز در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم آغاز شد و در بسیاری از موارد، قبل از این که هورمون مربوط به آن غده درون‌ریز کشف و شناخته شود، با انجام پیوند غده‌ی مربوطه به فعالیت آن‌ها پی می‌بردند. در سال 1849، آدلف برتولد (1803-1861) پیوند بیضه،1 و سپس مورتیس شیف (1823-1896) پیوند تیرویید را انجام دادند.2 بعدها جورج موری (1865-1929) نشان داد که قرار دادن بافت تیرویید زیر جلد فرد مبتلا به میکزدم سبب بهبود علایم می‌گردد.3 در اوایل قرن بیستم تجربه‌های زیادی منتشر شد که نشان دادند پیوند غده‌ی پاراتیرویید در حیوانات عوارض کم‌کاری این غده را که به علت برداشتن پاراتیرویید آن‌ ایجاد شده، برطرف می‌کند.4 تجربه‌های حیوانی و انسانی یاد شده نشان دادند سلول‌های غدد درون‌ریز قابل پیوند هستند و می‌توانند فعالیت خود را در بدن گیرنده ادامه دهند. تجربه‌های حیوانی برای پیوند لوزالمعده نیز در اواخر قرن نوزدهم توسط minkowski آغاز گردید. او با پیوند لوزالمعده در سگی که لوزالمعده او را برداشته بودند، شاهد بهبود شدت علایم مربوط به دیابت گردید و ثابت کرد که لوزالمعده عامل اصلی برای تنظیم قندخون می‌باشد. به دنبال این یافته، ویلیامز از انگلستان در سال 1893 نخستین تجربه‌ی انسانی را به نام خود ثبت نمود و قطعاتی از لوزالمعده‌ی گوسفندی که تازه ذبح شده بود را در بدن یک پسر 15 ساله دیابتی قرار داد، ولی این پسر 3 روز بعد از عمل، فوت کرد.5 لوزالمعده فعالیت عمده‌ای را در تنظیم وضعیت غذایی بدن دارد و این فعالیت را از دو روش ترشحات خارجی و داخلی اعمال می‌نماید. ترشحات خارجی آنزیم‌هایی هستند که به هضم غذا کمک می‌کنند و به لوزالمعده ریخته می‌شوند. ترشحات داخلی از سلول‌های اندوکرینی هستند که هورمون‌های پپتیدی را تولید نموده، و تعادل آنابولیسم و کاتابولیسم را در بدن به عهده دارند. سلول‌های بتا انسولین و آمیلین، سلول‌های آلفا گلوکاگــون، سلــول‌های دلتا سوماتوستاتین، سلول‌های pp پلی‌پپتیدهای لوزالمعده و سلول‌های اپسیلون، ترشح گرلین را به عهده دارند.6 دیابت یک بیماری متابولیک است که با افزایش قند خون همراه بوده، ممکن است به دلیل ضعف ترشح انسولین از غده‌ی لوزالمعده، یا مقاومت به اثر انسولین، و یا هر دو همراه با افزایش تولید گلوکز از کبد باشد. تخمین زده می‌شود تا 10 سال دیگر حدود 380 میلیون نفر دیابتی در دنیا وجود داشته باشد. 5% از مرگ و میرها امروزه به دلیل دیابت است که میزان آن در 10 سال آینده 50% افزایش می‌یابد.7 در کشور ما نیز نزدیک به 6/3 میلیون نفر به دیابت و حدود 7/7 میلیون نفر به اختلالات تحمل گلوکز (افزایش قند ناشتا، یا دو ساعت بعد از غذا، یا هر دو بیش از حد طبیعی ولی نه در حد دیابتی) مبتلا هستند.8شایع‌ترین انواع دیابت، دیابت نوع 1 و 2 می‌باشند. دیابت نوع 1 با کاهش شدید انسولین همراه بوده که به علت از بین رفتن سلول‌های بتای لوزالعمده از راه پدیده‌ی خودایمنی ایجاد می‌شود. در دیابت نوع 2 نیز کاهش نسبی انسولین وجود دارد و حتی در شروع دیابت نوع 2 ترشح انسولین تا حدود 50% کاهش نشان می‌دهد.9 ترشح نامناسب انسولین نمی‌تواند بر مقاومت به انسولین در این بیماران غلبه نماید، بنابراین کاهش ترشح انسولین در هر دو نوع دیابت وجود دارد. در کسانی که برای مدت طولانی دیابت داشته‌اند، حدود 99% کمبود فعالیت سلول‌های بتا در دیابت نوع 1 و حدود 40-60% در دیابت نوع 2 گزارش شـده است.12-10کنترل دیابت نوع 1 نیازمند مصرف پیوسته‌ی انسولین، به صورت روزانه و دفعات مکرر است، در حالی‌که دیابت نوع 2 بیشتر می‌تواند توسط داروهای خوراکی، که بر سلول‌های بتا یا بافت‌های محیطی اثر گذار هستند، کنترل گردد. اما هیچ‌یک از این درمان‌ها مطابقت کامل و مناسب با نتیجه‌ی عملکرد فیزیولوژی طبیعی سلول های بتا ندارند، و نه تنها به کنترل مطلوب نمی‌انجامند، بلکه اثرات ناخواسته جانبی را به همراه دارند. تلاش برای طبیعی کردن قند خون در تمام ساعت‌های روز با تزریق‌های مکرر سبب افزایش بروز هیپوگلیسمی در هر دو نوع بیماران دیابت نوع 1 و 2 می‌گردد.13 در آمریکا بیشتر بیماران دیابتی نوع 1 که تحت درمان هستند، دارای هموگلوبین گلیکوزیله بیشتر از 5/7% می‌باشند و متوسط هموگلوبین گلیکوزیله در ژاپن در بیماران نوع 1 معادل 2/8% و در بیماران دیابت نوع 2 حدود 4/7% است.14 بنابراین در دهه گذشته تلاش برای پیدا کردن جایگزینی برای درمان‌های متداول دیابت با شدت چشمگیری ادامه یافته است. از زمانی که کلی و همکاران بیش از ?? سال پیش پیوند موفقیت‌آمیز لوزالمعده را انجام دادند،15 تلاش‌های متعددی انجام شد تا بتوان به ترتیبی سلول‌های بتای فعال را به بیماران منتقل نمود و ترشح انسولین را دوباره در افراد مبتلا به دیابت نوع ? القا نمود.16 پیوند لوزالمعده به دلیل خطراتی که به همراه دارد، فقط در تعداد کمی از بیماران، به ویژه آن‌ها که نیازمند پیوند کلیه نیز هستند، به طور همزمان انجام شده است.17 از سوی دیگر، پیوند جزایر لانگرهانس نیز در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته و نخستین پیوند موفقیت آمیز در 1999 اجرا شد،18 که در ادامه تجربه‌های متعددی در انتقال این جزایر به ورید وابران کبد صورت پذیرفت.19 برخی از بیماران دریافت کننده‌ی جزایر لانگرهانس در سال‌های اول نیاز به انسولین نداشتند، اما در پی‌گیری طولانی مدت دیده شد جزایر لانگرهانس پیوند شده فعالیت خود را از دست دادند و بیماران ناچار به استفاده‌ی مجدد از انسولین شدند.20،21 رژیم سرکوب‌گر ایمنی (برای پیشگیری از رد پیوند توسط میزبان) و روند جدا کردن جزایر لانگرهانس در این روش، علت‌های اصلی عمر کم سلول‌های بتا اعلام شده‌اند.22،23 نیاز به مصرف داروهای سرکوبگر ایمنی، که با خطر عود اتوایمونیتی و نیز عوارض دارویی همراه هستند، و هم‌چنین محدودیت در تعداد دهندگان بافت مورد نیاز، استفاده‌ی گسترده از این روش را بسیار محدود ساخته است.24،25در سال‌های اخیر استفاده از سلول‌های بنیادی در درمان دیابت مورد توجه خاصی قرار گرفته است. مطالعه‌هایی با پیشینه‌ی نزدیک به ?? سال نشان داده‌اند سلول‌های بنیادی می‌توانند تقسیم‌های مکرر انجام دهند و بدون تمایز بمانند. اما در صورتی که محرک خاص برای بیان ژن‌های کلیدی در محیط وجود داشته باشد، قادر به تمایز به انواع مختلف سلول‌های اختصاص یافته هستند.26 به این ترتیب، تلاش برای استفاده از سلول‌های بنیادی به منظور جایگزینی سلول‌های از کار افتاده و بدخیم در سطح مطالعه‌های آزمایشگاهی، و نیز به تعداد کم در مطالعه‌های بالینی به کار رفته است. به منظور دستیابی به سلول‌های بنیادی که بتوانند به سلول‌های بتا تمایز پیدا کنند، ابتدا سلول‌های بنیادی بالغ لوزالمعده و سپس مغز استخوان، کبد و روده‌ی باریک مورد بررسی قرار گرفتند و یافته‌های به نسبت خوبی در تجربه‌های حیوانی به دست آمد.29-27 به سبب محدودیت در تعداد و در توان تکثیر سلول‌های بنیادی بالغ و دشواری جداسازی آن‌ها، توجه دانشمندان در دهه‌ی اخیر به امکان استفاده از سلول‌های بنیادی جنین (escs) معطوف شده است. این سلول‌ها دارای ظرفیت‌های متعدد بوده و نیز قابلیت تکثیر نامتناهی دارند. اولین مطالعه‌های آزمایشگاهی (in vitro) در این رابطه در سال ???? منتشر شد و سپس بررسی‌های متعددی نشان دادند سلول‌های بنیادی جنین می‌توانند به کلون‌های تولیدکننده‌ی انسولین تمایز یابند و افزایش قند خون را در حیوانات آزمایشگاهی کاهش دهند.30،31 با این حال عامل محدود کننده در استفاده از سلول‌های بتای مشتق از سلول‌های بنیادی جنین، دفع آن‌ها توسط میزبان است، بنابراین تجویز داروهای سرکوب‌گر ایمنی ضروری می‌باشد. به تازگی طراحی کپسول‌هایی که تبادل مواد غذایی را ممکن و نفوذ سلول‌های ایمنی را ناممکن می‌سازند، برای انتقال این سلول‌های تمایز یافته صورت پذیرفته است.32 تازه‌ترین امید برای مهار واکنش سیستم ایمنی علیه این سلول‌ها امکان فعال کردن ژن‌های کدکننده‌ی پروتین‌های مهارکننده‌ی پاسخ سلول‌های ایمنی (سلول‌های t) در سلول‌های تمایز یافته از escs می‌باشد.33 رویکرد دیگر استفاده از سلول‌های چند ظرفیتی القا شده (ipscs ) می‌باشد. همان‌گونه که می‌توان با القا بیان ژن‌های ویژه، سلول‌های بنیادی را برای تمایز به سلول تخصصی برنامه‌ریزی نمود، می‌توان سلول تمایز یافته را نیز بــرای تبدیل به سلـول بنیـادی، برنـامــه‌ریــزی مجـــدد نمــود.34 سلول‌های ipsc یک ذخیره‌ی محدود نشدنی بوده، از خطر دفع پیوند جلوگیری کرده و نیاز به مصرف داروهای سرکوب‌گر ایمنی را برطرف می‌سازند.35 سلول‌های مشتق از سلول‌های بنیادی هرچند که امیدی بی‌سابقه در زمینه‌ی جایگزین نمودن بافت ایجاد نموده‌اند، اما هنوز پاسخگوی مناسبی برای جایگزینی سلول‌های بتا و درمان دیابت نبوده‌اند. ایجاد سلول‌های بتای فعال از سلول‌هــای بنیـــادی جنینــی یا القــا شده مستلزم تمایز موفقیت‌آمیز آن‌ها و پشت سر گذاشتن مراحل تکاملی است که سلول‌های بتای طبیعی پشت سر می‌گذارند، و القا این تمایز مستلزم شناسایی دقیق فاکتورهای رونویسی و مولکول‌های کوچکی است که بیان این فاکتورها و یا آنزیم‌های متابولیک یا ناقلین سطحی را متاثر می‌سازند. در این فرایند لازم است برخی ژن‌ها غیر فعال و فعالیت برخی دیگر القا شود، و یا با نسخه‌ی دیگری که توسط ناقلین خارجی مانند ویروس‌ها حمل می‌شوند، جایگزین گردند.36 در دهه‌ی گذشته پیشرفت‌های شگرفی در این زمینه صورت پذیرفته و تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های بتا تا چند مرحله در محیط کشت پیش رفته است اما هیچ‌یک از روش‌های موجود، که بر مبنای استفاده از خطوط متفاوت سلول‌های بنیادی و فاکتورهای محرک محیطی متفاوت طراحی شده‌اند، به شکل‌گیری سلول‌هایی که بتوانند مانند سلول‌های بتا واقعی عمل کنند، نیانجامیده‌اند. مهم‌ترین کاستی سلول‌های تمایز یافته در محیط کشت، عدم توانایی آن‌ها در تولید انسولین به صورت متناسب با غلظت گلوکز موجود در محیط است: در حالی‌که سلول‌های بتای موجود در جزایر، متناسب با افزایش سطح گلوکز مقادیر افزایش یافته‌ای از انسولین ترشح می‌کنند، ولی این سلول‌ها قادر به ارایه‌ی چنین پاسخی نمی‌باشند.37 هم‌چنین، سلول‌های تمایز یافته در محیط کشت در بهترین حالت نیز مخلوطــی از هـــورمـــون‌هــای لوزالمعــده را ترشـح می‌نمایند.31،38 برخی بررسی‌ها در این دهه نشان داده پیوند سلول‌هایی پیش ساز سلول‌های درون ریز لوزالمعده که از سلول‌های بنیادی مشتق شده‌اند، به موش‌های دیابتی واجد نقص ایمنی، منجر به تمایز این سلول‌ها به سلول‌های شبیه به سلول‌های جزایر شــده که قادر بودند انسولیـن متناسـب با سطح گلوکز خــون ترشح نمایند، هر چنــد که تمام شاخص‌هــای سلــول‌هـــای مولکــولــی سلول‌هـای بتا را نداشتند.39،40 این تجربه‌ها با وجود امیدبخش بودن به سبب نگرانی از خطرات پیوند سلول‌های تمایز نیافته، که شانس تشکیل تراتوم و عوارض پیش‌بینی نشده را افزایش می‌دهد، هم‌چنان نیازمند مطالعه و تجربه‌های بیشتری می‌باشند.41،42 ارتباط سلول‌های بتا با یکدیگر و نیز با سلول‌های دیگر در جزایر لانگرهانس در کنترل فعالیت سلول‌های بتا نقش حیاتی دارند.43 گردش خون جزایر لانگرهانس نیز پیچیدگی خاص خود را دارد که در ارتباط سلول‌های آلفا و بتا و عمل بازخورد این سلول‌ها نقش مهمی ایفا می‌نماید.44 اگرچه ممکن است سلول‌های تمایز یافته بتوانند انسولین ترشح کنند، اما این که کنترل فعالیت این سلول‌ها به طور کامل طبیعی باشد، هنوز در پرده‌ای از ابهام قرار دارد. این سلول‌ها پس از پیوند چگونه عمل می‌کنند؟ در محلی که در آن جا پیوند می‌شوند، آیا می‌توانند ارتباط‌های عروقی و عصبی مناسب ایجاد کنند؟ چگونه گلوکاگون و سوماتوستاتین که در این سلول‌ها ممکن است تولید شود در یک محیط ناآشنای جدید عمل خواهند کرد؟ آیا تنها تعداد سلول‌های بتا کافی است و یا باید ساختمانی مانند ساختمان جزایر لانگرهانس و یا حتی پانکراس برای تداوم فعالیت آن‌ها ایجاد نمود؟ آیا مانند آنچه در مورد سلول‌های بتای پیوند شده مشاهده شد، افزایش مقاومت به انسولین سبب توسعه و تکثیر بیش از حد و غیرقابل مهار این سلول‌ها خواهد شد؟ این‌ها و چندین سیوال مهم دیگر باید در بررسی‌های بعدی مطرح و پاسخ داده شود.45بنابراین در پاسخ به این پرسش متداول که آیا انتقال سلول‌های بنیادی و یا پیوند سلول‌های بتا را می‌توان در درمان مبتلایان به دیابت قندی مورد استفاده قرار داد (همان گونه که در مقاله 5 سال قبل آورده شد،45)، باید گفت اگرچه تیوری استفاده از سلول‌های بنیادی و به ویژه سلول‌های جنینی برای درمان قطعی دیابت و ارایه‌ی یک درمان ایده‌آل بسیار جالب بوده و برخی تجربیات حیوانی امیدوارکننده است، ولی پس از گذشته دو دهه از آغاز این تحقیقات، با توجه به آنچه که عنوان شد، همچنان استفاده از آن به عنوان یک روش درمانی متداول برای درمان دیابت امکان‌پذیر نمی‌باشد. هنوز اشکال‌هــا و پرسش‌هــای متعــددی در راه رسیدن به هدف نهایی وجود دارد که دانشمندان باید با تجربیات حیوانی و آزمایشگاهی متعدد به آن‌ها پاسخ دهند تا دوباره وارد تجربیات انسانی شده و بالاخره در صورت موفقیت به عنوان یک روش درمانی برای بیماران دیابتی به کار برده شود. ایجاد سلول‌های بتای تمایز یافته (بدون سایر فعالیت‌هـای هورمـونی) از سلــول‌های بنیادی، اطمینـان از پایداری فعالیت سلول‌های تشکیل شده برای مدت طولانی، عدم ایجاد تراتوم‌ها، جواب‌گویی به مسایل اخلاقی متعددی که در تحقیقات ژنتیک سلول‌های بنیادی مطرح می‌شود، از مسایل مهمی است که هنوز این روش را در سطح پژوهش نگه داشته است.