پيوند سلولي براي درمان بيماري ديابت

-

مقدمه عمليات پيوند غدد درون‌ريز در نيمه‌ي دوم قرن نوزدهم آغاز شد و در بسياري از موارد، قبل از اين كه هورمون مربوط به آن غده درون‌ريز كشف و شناخته شود، با انجام پيوند غده‌ي مربوطه به فعاليت آن‌ها پي مي‌بردند. در سال 1849، آدلف برتولد (1803-1861) پيوند بيضه،1 و سپس مورتيس شيف (1823-1896) پيوند تيروييد را انجام دادند.2 بعدها جورج موري (1865-1929) نشان داد كه قرار دادن بافت تيروييد زير جلد فرد مبتلا به ميكزدم سبب بهبود علايم مي‌گردد.3 در اوايل قرن بيستم تجربه‌هاي زيادي منتشر شد كه نشان دادند پيوند غده‌ي پاراتيروييد در حيوانات عوارض كم‌كاري اين غده را كه به علت برداشتن پاراتيروييد آن‌ ايجاد شده، برطرف مي‌كند.4 تجربه‌هاي حيواني و انساني ياد شده نشان دادند سلول‌هاي غدد درون‌ريز قابل پيوند هستند و مي‌توانند فعاليت خود را در بدن گيرنده ادامه دهند. تجربه‌هاي حيواني براي پيوند لوزالمعده نيز در اواخر قرن نوزدهم توسط Minkowski آغاز گرديد. او با پيوند لوزالمعده در سگي كه لوزالمعده او را برداشته بودند، شاهد بهبود شدت علايم مربوط به ديابت گرديد و ثابت كرد كه لوزالمعده عامل اصلي براي تنظيم قندخون مي‌باشد. به دنبال اين يافته، ويليامز از انگلستان در سال 1893 نخستين تجربه‌ي انساني را به نام خود ثبت نمود و قطعاتي از لوزالمعده‌ي گوسفندي كه تازه ذبح شده بود را در بدن يك پسر 15 ساله ديابتي قرار داد، ولي اين پسر 3 روز بعد از عمل، فوت كرد.5 لوزالمعده فعاليت عمده‌اي را در تنظيم وضعيت غذايي بدن دارد و اين فعاليت را از دو روش ترشحات خارجي و داخلي اعمال مي‌نمايد. ترشحات خارجي آنزيم‌هايي هستند كه به هضم غذا كمك مي‌كنند و به لوزالمعده ريخته مي‌شوند. ترشحات داخلي از سلول‌هاي اندوكريني هستند كه هورمون‌هاي پپتيدي را توليد نموده، و تعادل آنابوليسم و كاتابوليسم را در بدن به عهده دارند. سلول‌هاي بتا انسولين و آميلين، سلول‌هاي آلفا گلوكاگــون، سلــول‌هاي دلتا سوماتوستاتين، سلول‌هاي PP پلي‌پپتيدهاي لوزالمعده و سلول‌هاي اپسيلون، ترشح گرلين را به عهده دارند.6 ديابت يك بيماري متابوليك است كه با افزايش قند خون همراه بوده، ممكن است به دليل ضعف ترشح انسولين از غده‌ي لوزالمعده، يا مقاومت به اثر انسولين، و يا هر دو همراه با افزايش توليد گلوكز از كبد باشد. تخمين زده مي‌شود تا 10 سال ديگر حدود 380 ميليون نفر ديابتي در دنيا وجود داشته باشد. 5% از مرگ و ميرها امروزه به دليل ديابت است كه ميزان آن در 10 سال آينده 50% افزايش مي‌يابد.7 در كشور ما نيز نزديك به 6/3 ميليون نفر به ديابت و حدود 7/7 ميليون نفر به اختلالات تحمل گلوكز (افزايش قند ناشتا، يا دو ساعت بعد از غذا، يا هر دو بيش از حد طبيعي ولي نه در حد ديابتي) مبتلا هستند.8 شايع‌ترين انواع ديابت، ديابت نوع 1 و 2 مي‌باشند. ديابت نوع 1 با كاهش شديد انسولين همراه بوده كه به علت از بين رفتن سلول‌هاي بتاي لوزالعمده از راه پديده‌ي خودايمني ايجاد مي‌شود. در ديابت نوع 2 نيز كاهش نسبي انسولين وجود دارد و حتي در شروع ديابت نوع 2 ترشح انسولين تا حدود 50% كاهش نشان مي‌دهد.9 ترشح نامناسب انسولين نمي‌تواند بر مقاومت به انسولين در اين بيماران غلبه نمايد، بنابراين كاهش ترشح انسولين در هر دو نوع ديابت وجود دارد. در كساني كه براي مدت طولاني ديابت داشته‌اند، حدود 99% كمبود فعاليت سلول‌هاي بتا در ديابت نوع 1 و حدود 40-60% در ديابت نوع 2 گزارش شـده است.12-10 كنترل ديابت نوع 1 نيازمند مصرف پيوسته‌ي انسولين، به صورت روزانه و دفعات مكرر است، در حالي‌كه ديابت نوع 2 بيشتر مي‌تواند توسط داروهاي خوراكي، كه بر سلول‌هاي بتا يا بافت‌هاي محيطي اثر گذار هستند، كنترل گردد. اما هيچ‌يك از اين درمان‌ها مطابقت كامل و مناسب با نتيجه‌ي عملكرد فيزيولوژي طبيعي سلول هاي بتا ندارند، و نه تنها به كنترل مطلوب نمي‌انجامند، بلكه اثرات ناخواسته جانبي را به همراه دارند. تلاش براي طبيعي كردن قند خون در تمام ساعت‌هاي روز با تزريق‌هاي مكرر سبب افزايش بروز هيپوگليسمي در هر دو نوع بيماران ديابت نوع 1 و 2 مي‌گردد.13 در آمريكا بيشتر بيماران ديابتي نوع 1 كه تحت درمان هستند، داراي هموگلوبين گليكوزيله بيشتر از 5/7% مي‌باشند و متوسط هموگلوبين گليكوزيله در ژاپن در بيماران نوع 1 معادل 2/8% و در بيماران ديابت نوع 2 حدود 4/7% است.14 بنابراين در دهه گذشته تلاش براي پيدا كردن جايگزيني براي درمان‌هاي متداول ديابت با شدت چشمگيري ادامه يافته است. از زماني كه كلي و همكاران بيش از ?? سال پيش پيوند موفقيت‌آميز لوزالمعده را انجام دادند،15 تلاش‌هاي متعددي انجام شد تا بتوان به ترتيبي سلول‌هاي بتاي فعال را به بيماران منتقل نمود و ترشح انسولين را دوباره در افراد مبتلا به ديابت نوع ? القا نمود.16 پيوند لوزالمعده به دليل خطراتي كه به همراه دارد، فقط در تعداد كمي از بيماران، به ويژه آن‌ها كه نيازمند پيوند كليه نيز هستند، به طور همزمان انجام شده است.17 از سوي ديگر، پيوند جزاير لانگرهانس نيز در دهه‌هاي اخير مورد توجه قرار گرفته و نخستين پيوند موفقيت آميز در 1999 اجرا شد،18 كه در ادامه تجربه‌هاي متعددي در انتقال اين جزاير به وريد وابران كبد صورت پذيرفت.19 برخي از بيماران دريافت كننده‌ي جزاير لانگرهانس در سال‌هاي اول نياز به انسولين نداشتند، اما در پي‌گيري طولاني مدت ديده شد جزاير لانگرهانس پيوند شده فعاليت خود را از دست دادند و بيماران ناچار به استفاده‌ي مجدد از انسولين شدند.20،21 رژيم سركوب‌گر ايمني (براي پيشگيري از رد پيوند توسط ميزبان) و روند جدا كردن جزاير لانگرهانس در اين روش، علت‌هاي اصلي عمر كم سلول‌هاي بتا اعلام شده‌اند.22،23 نياز به مصرف داروهاي سركوبگر ايمني، كه با خطر عود اتوايمونيتي و نيز عوارض دارويي همراه هستند، و هم‌چنين محدوديت در تعداد دهندگان بافت مورد نياز، استفاده‌ي گسترده از اين روش را بسيار محدود ساخته است.24،25 در سال‌هاي اخير استفاده از سلول‌هاي بنيادي در درمان ديابت مورد توجه خاصي قرار گرفته است. مطالعه‌هايي با پيشينه‌ي نزديك به ?? سال نشان داده‌اند سلول‌هاي بنيادي مي‌توانند تقسيم‌هاي مكرر انجام دهند و بدون تمايز بمانند. اما در صورتي كه محرك خاص براي بيان ژن‌هاي كليدي در محيط وجود داشته باشد، قادر به تمايز به انواع مختلف سلول‌هاي اختصاص يافته هستند.26 به اين ترتيب، تلاش براي استفاده از سلول‌هاي بنيادي به منظور جايگزيني سلول‌هاي از كار افتاده و بدخيم در سطح مطالعه‌هاي آزمايشگاهي، و نيز به تعداد كم در مطالعه‌هاي باليني به كار رفته است. به منظور دستيابي به سلول‌هاي بنيادي كه بتوانند به سلول‌هاي بتا تمايز پيدا كنند، ابتدا سلول‌هاي بنيادي بالغ لوزالمعده و سپس مغز استخوان، كبد و روده‌ي باريك مورد بررسي قرار گرفتند و يافته‌هاي به نسبت خوبي در تجربه‌هاي حيواني به دست آمد.29-27 به سبب محدوديت در تعداد و در توان تكثير سلول‌هاي بنيادي بالغ و دشواري جداسازي آن‌ها، توجه دانشمندان در دهه‌ي اخير به امكان استفاده از سلول‌هاي بنيادي جنين (ESCs) معطوف شده است. اين سلول‌ها داراي ظرفيت‌هاي متعدد بوده و نيز قابليت تكثير نامتناهي دارند. اولين مطالعه‌هاي آزمايشگاهي (In vitro) در اين رابطه در سال ???? منتشر شد و سپس بررسي‌هاي متعددي نشان دادند سلول‌هاي بنيادي جنين مي‌توانند به كلون‌هاي توليدكننده‌ي انسولين تمايز يابند و افزايش قند خون را در حيوانات آزمايشگاهي كاهش دهند.30،31 با اين حال عامل محدود كننده در استفاده از سلول‌هاي بتاي مشتق از سلول‌هاي بنيادي جنين، دفع آن‌ها توسط ميزبان است، بنابراين تجويز داروهاي سركوب‌گر ايمني ضروري مي‌باشد. به تازگي طراحي كپسول‌هايي كه تبادل مواد غذايي را ممكن و نفوذ سلول‌هاي ايمني را ناممكن مي‌سازند، براي انتقال اين سلول‌هاي تمايز يافته صورت پذيرفته است.32 تازه‌ترين اميد براي مهار واكنش سيستم ايمني عليه اين سلول‌ها امكان فعال كردن ژن‌هاي كدكننده‌ي پروتين‌هاي مهاركننده‌ي پاسخ سلول‌هاي ايمني (سلول‌هاي T) در سلول‌هاي تمايز يافته از ESCs مي‌باشد.33 رويكرد ديگر استفاده از سلول‌هاي چند ظرفيتي القا شده (IPSCs ) مي‌باشد. همان‌گونه كه مي‌توان با القا بيان ژن‌هاي ويژه، سلول‌هاي بنيادي را براي تمايز به سلول تخصصي برنامه‌ريزي نمود، مي‌توان سلول تمايز يافته را نيز بــراي تبديل به سلـول بنيـادي، برنـامــه‌ريــزي مجـــدد نمــود.34 سلول‌هاي IPSC يك ذخيره‌ي محدود نشدني بوده، از خطر دفع پيوند جلوگيري كرده و نياز به مصرف داروهاي سركوب‌گر ايمني را برطرف مي‌سازند.35 سلول‌هاي مشتق از سلول‌هاي بنيادي هرچند كه اميدي بي‌سابقه در زمينه‌ي جايگزين نمودن بافت ايجاد نموده‌اند، اما هنوز پاسخگوي مناسبي براي جايگزيني سلول‌هاي بتا و درمان ديابت نبوده‌اند. ايجاد سلول‌هاي بتاي فعال از سلول‌هــاي بنيـــادي جنينــي يا القــا شده مستلزم تمايز موفقيت‌آميز آن‌ها و پشت سر گذاشتن مراحل تكاملي است كه سلول‌هاي بتاي طبيعي پشت سر مي‌گذارند، و القا اين تمايز مستلزم شناسايي دقيق فاكتورهاي رونويسي و مولكول‌هاي كوچكي است كه بيان اين فاكتورها و يا آنزيم‌هاي متابوليك يا ناقلين سطحي را متاثر مي‌سازند. در اين فرايند لازم است برخي ژن‌ها غير فعال و فعاليت برخي ديگر القا شود، و يا با نسخه‌ي ديگري كه توسط ناقلين خارجي مانند ويروس‌ها حمل مي‌شوند، جايگزين گردند.36 در دهه‌ي گذشته پيشرفت‌هاي شگرفي در اين زمينه صورت پذيرفته و تمايز سلول‌هاي بنيادي به سلول‌هاي بتا تا چند مرحله در محيط كشت پيش رفته است اما هيچ‌يك از روش‌هاي موجود، كه بر مبناي استفاده از خطوط متفاوت سلول‌هاي بنيادي و فاكتورهاي محرك محيطي متفاوت طراحي شده‌اند، به شكل‌گيري سلول‌هايي كه بتوانند مانند سلول‌هاي بتا واقعي عمل كنند، نيانجاميده‌اند. مهم‌ترين كاستي سلول‌هاي تمايز يافته در محيط كشت، عدم توانايي آن‌ها در توليد انسولين به صورت متناسب با غلظت گلوكز موجود در محيط است: در حالي‌كه سلول‌هاي بتاي موجود در جزاير، متناسب با افزايش سطح گلوكز مقادير افزايش يافته‌اي از انسولين ترشح مي‌كنند، ولي اين سلول‌ها قادر به ارايه‌ي چنين پاسخي نمي‌باشند.37 هم‌چنين، سلول‌هاي تمايز يافته در محيط كشت در بهترين حالت نيز مخلوطــي از هـــورمـــون‌هــاي لوزالمعــده را ترشـح مي‌نمايند.31،38 برخي بررسي‌ها در اين دهه نشان داده پيوند سلول‌هايي پيش ساز سلول‌هاي درون ريز لوزالمعده كه از سلول‌هاي بنيادي مشتق شده‌اند، به موش‌هاي ديابتي واجد نقص ايمني، منجر به تمايز اين سلول‌ها به سلول‌هاي شبيه به سلول‌هاي جزاير شــده كه قادر بودند انسوليـن متناسـب با سطح گلوكز خــون ترشح نمايند، هر چنــد كه تمام شاخص‌هــاي سلــول‌هـــاي مولكــولــي سلول‌هـاي بتا را نداشتند.39،40 اين تجربه‌ها با وجود اميدبخش بودن به سبب نگراني از خطرات پيوند سلول‌هاي تمايز نيافته، كه شانس تشكيل تراتوم و عوارض پيش‌بيني نشده را افزايش مي‌دهد، هم‌چنان نيازمند مطالعه و تجربه‌هاي بيشتري مي‌باشند.41،42 ارتباط سلول‌هاي بتا با يكديگر و نيز با سلول‌هاي ديگر در جزاير لانگرهانس در كنترل فعاليت سلول‌هاي بتا نقش حياتي دارند.43 گردش خون جزاير لانگرهانس نيز پيچيدگي خاص خود را دارد كه در ارتباط سلول‌هاي آلفا و بتا و عمل بازخورد اين سلول‌ها نقش مهمي ايفا مي‌نمايد.44 اگرچه ممكن است سلول‌هاي تمايز يافته بتوانند انسولين ترشح كنند، اما اين كه كنترل فعاليت اين سلول‌ها به طور كامل طبيعي باشد، هنوز در پرده‌اي از ابهام قرار دارد. اين سلول‌ها پس از پيوند چگونه عمل مي‌كنند؟ در محلي كه در آن جا پيوند مي‌شوند، آيا مي‌توانند ارتباط‌هاي عروقي و عصبي مناسب ايجاد كنند؟ چگونه گلوكاگون و سوماتوستاتين كه در اين سلول‌ها ممكن است توليد شود در يك محيط ناآشناي جديد عمل خواهند كرد؟ آيا تنها تعداد سلول‌هاي بتا كافي است و يا بايد ساختماني مانند ساختمان جزاير لانگرهانس و يا حتي پانكراس براي تداوم فعاليت آن‌ها ايجاد نمود؟ آيا مانند آنچه در مورد سلول‌هاي بتاي پيوند شده مشاهده شد، افزايش مقاومت به انسولين سبب توسعه و تكثير بيش از حد و غيرقابل مهار اين سلول‌ها خواهد شد؟ اين‌ها و چندين سيوال مهم ديگر بايد در بررسي‌هاي بعدي مطرح و پاسخ داده شود.45 بنابراين در پاسخ به اين پرسش متداول كه آيا انتقال سلول‌هاي بنيادي و يا پيوند سلول‌هاي بتا را مي‌توان در درمان مبتلايان به ديابت قندي مورد استفاده قرار داد (همان گونه كه در مقاله 5 سال قبل آورده شد،45)، بايد گفت اگرچه تيوري استفاده از سلول‌هاي بنيادي و به ويژه سلول‌هاي جنيني براي درمان قطعي ديابت و ارايه‌ي يك درمان ايده‌آل بسيار جالب بوده و برخي تجربيات حيواني اميدواركننده است، ولي پس از گذشته دو دهه از آغاز اين تحقيقات، با توجه به آنچه كه عنوان شد، همچنان استفاده از آن به عنوان يك روش درماني متداول براي درمان ديابت امكان‌پذير نمي‌باشد. هنوز اشكال‌هــا و پرسش‌هــاي متعــددي در راه رسيدن به هدف نهايي وجود دارد كه دانشمندان بايد با تجربيات حيواني و آزمايشگاهي متعدد به آن‌ها پاسخ دهند تا دوباره وارد تجربيات انساني شده و بالاخره در صورت موفقيت به عنوان يك روش درماني براي بيماران ديابتي به كار برده شود. ايجاد سلول‌هاي بتاي تمايز يافته (بدون ساير فعاليت‌هـاي هورمـوني) از سلــول‌هاي بنيادي، اطمينـان از پايداري فعاليت سلول‌هاي تشكيل شده براي مدت طولاني، عدم ايجاد تراتوم‌ها، جواب‌گويي به مسايل اخلاقي متعددي كه در تحقيقات ژنتيك سلول‌هاي بنيادي مطرح مي‌شود، از مسايل مهمي است كه هنوز اين روش را در سطح پژوهش نگه داشته است.