مواد معدنی، کلید بهبود بافت صدمه دیده

به گزارش یسکافه خراسان رضوی هر گونه جاندار، از باکتری گرفته تا انسان، قادر به بازسازی است. بازسازی توسط فرآیندهای مولکولی انجام می شود که بیان ژن را برای کنترل نوسازی، ترمیم و رشد بافت تنظیم می کنند.
به نقل از نیوزوایز، همکاری بین محققان دپارتمان مهندسی زیست پزشکی و کالج پزشکی در دانشگاه A&M تگزاس آمریکا، نقش حیاتی مواد معدنی را در تنظیم بیان ژن، در نتیجه کنترل تعداد پروتئین هایی که یک سلول باید بسازد، شناسایی می کند و در نتیجه بازسازی بافت را ترغیب و هویت سلولی را بازتعریف می کند.
این تحقیق راه را برای مطالعات آینده در شناسایی نقش مواد معدنی خاص و هم چگونگی مونتاژ آنها در طراحی نسل بعدی داروهای معدنی برای بهبود بافت صدمه دیده هموار می کند.
مواد معدنی، عناصر معدنی هستند که نقش های حیاتی زیادی ایفا می کنند و به صورت متقابل با ویتامین ها، آنزیم ها، هورمون ها و سایر کوفاکتورهای مغذی برای تنظیم هزاران عملکرد بیولوژیکی بدن کار می کنند. باآنکه نشان داده شده است که چندین ماده معدنی بیان ژن و فعالیت سلولی را تنظیم می کنند، تحقیقات بسیار کمی به درک مکانیسم های مولکولی زیربنایی توجه کرده اند.
این گروه تحقیقاتی مهندسی توسط دکتر آخیلش گهاروار، دانشیار مهندسی زیست پزشکی با همکاری دکتر ایرتیشا سینگ، استادیار دپارتمان پزشکی مولکولی و سلولی در تگزاس A&M هدایت شده است. دکتر سینگ، محقق همکار تحقیقی است که در آن دسته جدیدی از نانوذرات مبتنی بر مواد معدنی برای هدایت سلول های بنیادی انسان در جهت سلول های استخوانی معرفی کرده است.
این نانوذرات به صورت خاص بعنوان نانو سیلیکات شناخته می شوند و گروه تحقیقاتی با استفاده از آنها قادر به تعیین نقش مواد معدنی در تنظیم نیمرخ های بیان ژن برای هدایت تمایز سلول های بنیادی است.
این نانو سیلیکات ها، نانوذرات معدنی دیسک شکلی با قطر ۲۰ تا ۳۰ نانومتر (nm) و ضخامت یک تا دو نانومتر هستند. این نانوذرات بسیار زیست سازگار بوده و به سادگی توسط سلول ها خورده می شوند. هنگامی که این نانوذرات وارد جسم سلولی و به آرامی در مواد معدنی منفرد مانند سیلیکون، منیزیم و لیتیوم حل می شوند.
نانوسیلیکات ها به مواد معدنی منفرد در داخل سلول ها تجزیه می شوند و مجموعه ای از ژن های کلیدی را «روشن» می کنند که منجر به جریان اطلاعاتی در سرتاسر سلول ها می شود که بعنوان مسیرهای علامت دهی شناخته می شوند. این مسیرهای علامت دهی مسئول دستور دادن به سلول ها برای انجام عملکردهای خاصی مانند تبدیل به نوع دیگری از سلول ها یا شروع فرایند بهبودی با ترشح پروتئین های خاص بافتی به نام ماتریکس خارج سلولی هستند.
این ماتریکس های خارج سلولی از پروتئین های مختلفی همچون گلیکوپروتئین ها و پروتئوگلیکان ها تشکیل شده اند که ترمیم بافت را تسهیل و از عملکرد بافت پشتیبانی می کنند.
با ترکیب فنون بین رشته ای و مهندسی زیست پزشکی و روش های بررسی توالی و کمیت ژنی(ژنومیکس)، محققان اصلی این تحقیق، دانشجویان دکتری آنا بروکش و لورن کراس، ژن های مهمی را شناسایی و مشخص کردند که به علت درمان با مواد معدنی توسط مسیرهای علامت دهی مختلف «روشن» و فعال می شوند. یکی از یافته های اصلی این تحقیق این است که مواد معدنی مانند سیلیکون، منیزیم و لیتیوم در القای استخوان سازی درون غضروفی نقش دارند، فرآیندی که طی آن سلول های بنیادی به بافت های نرم و سخت مانند غضروف و استخوان در انسان های جوان تبدیل می شوند.
در این تحقیق، آنان داده های توالی یابی کامل رونویسی (RNA-seq) را برای ارزیابی اثر نانوسیلیکات ها و محصولات انحلال یونی بر نیمرخ بیان ژن سلول های بنیادی تجزیه و تحلیل کردند.
توالی یابی اران آ، یک روش توالی یابی با توان بالا در مجموعه ای از مولکول های اران آی پیام رسان ( mRNA ) یا رونوشت هایی است که در یک سلول یا در جمعیتی از سلول ها بیان می شود، این روش یک نمای کلی بی طرفانه و جامع از نیمرخ های بیان ژن برای شناسایی مسیرهایی که توسط درمان های خاص مختل می شوند، عرضه می دهد.
بروکش اظهار داشت: افراد زیادی هستند که می خواهند بفهمند مواد معدنی چگونه بر بدن انسان تأثیر می گذارند اما شواهد محدودی برای شناسایی تأثیر آنها در سطح سلولی وجود دارد. تحقیق ما یکی از نخستین تحقیقاتی است که از توالی یابی بی طرفانه در سرتاسر رونوشت برای تعیین نحوه هدایت سرنوشت سلول های بنیادی توسط یون های معدنی استفاده می نماید.
روش پیشنهادی به یک چالش طولانی مدت در نگاههای درمانی فعلی که از دوزهای فوق فیزیولوژیکی عامل های رشد برای هدایت تحقیقات بافتی استفاده می نمایند، می پردازد. چنین دوز بالایی از عامل های رشد منجر به طیف وسیعی از عوارض همچون تشکیل بافت کنترل نشده، التهاب و تومورزایی یعنی تولید یا تشکیل سلول های تومور می شود. این موارد، استفاده از عامل های رشد را بعنوان یک عامل درمانی در زمینه پزشکی بازساختی به طرز نامطلوبی محدود می کند.
گهاروار اظهار نمود که تأثیر این کار بسیار گسترده است چونکه درک تأثیر مواد معدنی برای دستیابی به تنظیم مطلوب فعالیت سلولی دارای پتانسیل قوی برای باز کردن راه های جدید در توسعه درمان های مرتبط بالینی برای پزشکی بازساختی، دارورسانی و تنظیم ایمنی است.
یافته های این تحقیق اخیرا در Science Advances انتشار یافته است.