از دم مارمولک تا نخاع گورخرماهی؛ تلاش دانشمندان برای بازسازی اندام انسان با الهام از حیوانات

برخی کرم‌های پهن بعد از آسیب‌دیدن می‌توانند تقریباً تمام سلول‌های بدن خود را بازسازی کنند؛ سمندرهای مکزیکی قادر به بازیابی اندام‌ها و بخش‌هایی از مغز خود هستند؛ گورخرماهی‌ها می‌توانند طناب نخاعی آسیب‌دیده را ترمیم کنند و مارمولک‌های آنول سبز نیز از توانایی تولید دوباره دم خود برخوردارند.

اکثر پستانداران توانایی انجام بازسازی‌های دیده‌شده در ماهی‌ها، دوزیستان، خزندگان و کرم‌ها را ندارند؛ حیواناتی که از مدت‌ها پیش توجه محققان را به خود جلب کرده‌اند. اکنون، دانشمندان آنچه را که از این جانوران آموخته‌اند، به کمک پیشرفت‌هایی در زمینه‌ی ژنومیک، پروتئومیکس و تصویربرداری در سطح تک‌سلولی، روی سلول‌های انسانی به کار می‌گیرند.

آلبرت آلمادا، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در لس‌آنجلس، می‌گوید: «در حال حاضر تلاش گسترده‌ای برای الهام‌گیری از گونه‌های دارای توانایی ترمیم فوق‌العاده و بررسی این موضوع درجریان است که تا چه اندازه می‌توان این یافته‌ها را به‌سرعت به کاربردهای انسانی تبدیل کرد.»

گورخرماهی (Danio rerio) با نخاع قطع‌شده می‌تواند ظرف هشت هفته از حالت فلج کامل به حرکت روان و هماهنگ بازگردد. مایسا موکالد، محقق بازسازی بافت و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی در دانشگاه واشینگتن، به همراه همکارانش، گروهی از سلول‌ها را در بدن این ماهی شناسایی کرده‌اند که در روند بهبودی نقش کلیدی دارند. این سلول‌ها شباهت‌هایی به آستروسیت‌های جنینی انسان دارند. آستروسیت‌ها پس از آسیب، در محل جراحت یک سد محافظ ایجاد می‌کنند، اما در عین حال می‌توانند بازسازی نورونی را مهار کنند؛ بدین معنی که از عوامل بازدارنده هستند.

موکالد و همکارانش به دنبال مولکول‌هایی بودند که در فعال‌سازی بازسازی‌ در بدن گورخر‌ماهی نقش دارند. زمانی که همین مولکول‌ها به آستروسیت‌های انسانی منتقل شدند، این سلول‌ها از نظر شکل و رفتار، شباهت بیشتری به سلول‌های گورخرماهی پیدا کردند. در مطالعات مقدماتی که این سلول‌های انسانیِ تغییر‌یافته را به بدن موش‌ها پیوند زدند، مشخص شد که آن‌ها در ایجاد سد محافظ مؤثرتر عمل می‌کنند، اما واکنش مهاری پس از آسیب کاهش یافته است. موکالد می‌گوید: «خیلی دوست دارم ببینم این مسیر تا رسیدن به درمان کامل ادامه پیدا کند.»

Shutterstock

باید توجه داشت که فاصله‌ی تکاملی میان گورخر ماهی و انسان زیاد است. به همین دلیل، آلمادا به‌جای آن، روی مارمولک سبز آنول (Anolis carolinensis) تمرکز کرده است. مارمولک‌ها نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده‌ی انسان هستند که توانایی بازسازی کامل یک اندام را دارند. انسان و مارمولک ژن‌های مشترک زیادی دارند. آلمادا می‌گوید: «ما بر این باوریم که این [سلول‌های مارمولکی] قابلیت انتقال بیشتری به زیست‌شناسی انسان دارند؛ چراکه در سطح DNA، بسیاری از سازوکارهای ژنتیکی میان آن‌ها مشترک است.»

آلمادا در کنفرانس تحقیقات سلول‌های بنیادی، توضیح داد که چگونه یک جمعیت از سلول‌های بنیادی عضلانی در مارمولک‌ها موجب بازسازی دم آن‌ها می‌شود. به گفته‌ی او، این سلول‌ها مشابه سلول‌های موجود در موش‌ها و انسان‌ها هستند، با این تفاوت که نسخه‌ی مارمولکی می‌تواند بافت عضلانی را از صفر، تولید کند؛ کاری که نسخه‌های انسانی و موشی قادر به انجام آن نیستند.

آلمادا امیدوار است سازوکار توانایی بازسازی در سلول‌های مارمولک را کشف کند و در نهایت آن را برای رشد عضله در انسان‌ها برای درمان بیماری‌های عضلانی تحلیل‌برنده (دیستروفی)، تقویت عضلات در سالمندان و درمان زخم‌ها به‌کار بگیرد.

فلوریان رِیبله، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در دانشگاه وین، در حال بررسی نوع دیگری از جانوران با توانایی ترمیم فوق‌العاده است. پژوهش او بر کرم پرتار دریایی (Platynereis dumerilii) متمرکز است که در دوران جوانی توانایی بازسازی شگفت‌انگیزی دارد، اما این قابلیت را در اثر تغییرات هورمونی با افزایش سن از دست می‌دهد. ریبله می‌گوید: «این کرم، مدلی برای بازسازی مطلوب و بازسازی ضعیف است.»

در آزمایش‌هایی که در آن‌ها رِیبله و تیمش بخش میانی بدن کرم پرتار را قطع کردند، متوجه شدند که برخی از سلول‌های باقی‌مانده‌ی نزدیک به محل زخم به سلول‌های بنیادی تبدیل شدند و شروع به بازسازی بدن، از جمله سلول‌های عصبی کردند. این فرایند با فعال‌شدن نسخه‌ی کرمی مولکول‌هایی که به نام عوامل یاماناکا شناخته می‌شوند، همراه است؛ مولکول‌هایی که دانشمندان برای برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بالغ انسان به وضعیتی شبیه به حالت جنینی به کار می‌برند. رِیبله می‌گوید این ویژگی ممکن است نشان‌دهنده‌ی وجود مسیری طبیعی باشد که از طریق آن سلول‌های بنیادی بتوانند از بافت‌های بالغ در انسان‌ها دوباره شکل بگیرند.