سیستم نوآورانه «دهکده در یک ظرف» می‌تواند تحقیقات سلول‌های بنیادی را تسریع کند

یک تکنیک جدید و قدرتمند سلول های بنیادی مطالعات گسترده ای را در مورد رابطه بین ژنتیک انسان و زیست شناسی امکان پذیر کرده است.

مطالعه نمونه‌های سلول‌های بنیادی از صدها فرد در یک ظرف کشت، با استفاده از روشی که در موسسه تحقیقات پزشکی گاروان توسعه یافته است، می‌تواند پتانسیل تحول‌آفرینی برای درمان‌های شخصی‌سازی شده و مطالعه ویژگی‌های پیچیده انسانی داشته باشد.

سلول‌های بنیادی می‌توانند به انواع مختلف سلولی در بدن تبدیل شوند و به دانشمندان این امکان را می‌دهند که بیماری‌ها را مطالعه کنند و داروها را در سلول‌های انسانی آزمایش کنند. با این حال، یک مانع بزرگ، هزینه و زمان مورد نیاز است زیرا این مطالعات نیاز به نمونه برداری از صدها – یا حتی هزاران – اهداکننده دارد.

سیستم نوآورانه «دهکده در یک ظرف» تیم گاروان می‌تواند با رشد و مطالعه سلول‌های بنیادی تعداد زیادی اهداکننده به طور همزمان در یک ظرف کشت، این تحقیق را تسریع بخشد و مطالعات را تا 100 برابر کارآمدتر کند.

مدل دهکده ما راهی قدرتمند برای درک اینکه چگونه تفاوت های ژنتیکی بین افراد بر سلامت و بیماری تأثیر می گذارد ارائه می دهد. اگرچه ما اکثریت DNA خود را به اشتراک می گذاریم، تغییرات در ژن های ما منجر به ویژگی ها و پاسخ های منحصر به فرد می شود. سیستم دهکده این تنوع را در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه تفاوت‌های ژنتیکی بین افراد بر مکانیسم‌های پیچیده زیربنایی زیست‌شناسی و بیماری‌ها تأثیر می‌گذارد.”

پروفسور جوزف پاول، مدیر علوم سلولی در موسسه گاروان، مدیر موسسه آینده ژنومیکس سلولی UNSW و نویسنده ارشد این مطالعه

مطالعات قبلی در ژنومیک جمعیت بر روی تکنیکی به نام توالی RNA حجیم برای ارزیابی بیان ژن تکیه کرده‌اند که به طور موثر بیان متنوع انواع سلول‌های مختلف را در یک معیار واحد میانگین می‌دهد. این امر تفاوت‌های بالقوه بین سلول‌ها یا انواع سلول‌ها را پنهان می‌کند و می‌تواند یک دیدگاه ناقص یا مغرضانه از بیان ژن در نمونه ارائه دهد که به طور بالقوه منجر به نتایج نادرست یا گمراه‌کننده می‌شود.

برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان رویکرد روستایی را توسعه دادند که در آن سلول‌های بنیادی از چندین اهداکننده در یک ظرف کشت داده می‌شوند و با استفاده از تکنیکی به نام توالی‌یابی تک سلولی تجزیه و تحلیل می‌شوند. یافته های آنها نشان می دهد که این روش ویژگی های کلیدی فرهنگ های فردی را حفظ می کند. این یک راه‌حل کارآمد برای مقیاس‌بندی آزمایش‌ها به اندازه‌های وسیع نمونه مورد نیاز برای ارائه یک عکس فوری دقیق از جمعیت ارائه می‌کند.

یک محیط قدرتمند برای مطالعه زیست شناسی انسان

روش دهکده در یک ظرف، مطالعات گسترده‌ای را در مورد سیستم‌های اندام انسان که معمولاً غیرقابل دسترس هستند، ممکن می‌سازد. تولید سلول‌های خاص اندام از بسیاری از افراد، نیاز به دریافت نمونه‌های بافت زنده آن اندام‌ها از اهداکنندگان را از بین می‌برد و بر محدودیت‌های مطالعه سلول‌های تنها چند نفر غلبه می‌کند. برای مثال، می‌تواند با تولید سلول‌های قلبی از هزاران نفر، بینش‌هایی را در مورد شرایط قلبی آشکار کند، که با نمونه‌برداری مستقیم بافت غیرممکن است.

“تحقیقات پزشکی اغلب بر مدل های حیوانی تکیه می کند، که نمونه های فیزیولوژیکی کاملی برای انسان نیستند. سلول های بنیادی پرتوان القایی، که می توانند از نمونه خون بیمار تولید شوند، مشخصات DNA کامل بیمار را ارائه می دهند و سپس می توانند تقریبا به هر سلولی تمایز یابند. پروفسور پاول می‌گوید: از دیدگاه علوم پایه، سیستم مبتنی بر سلول‌های بنیادی وسیله‌ای قدرتمند برای به دست آوردن بینش‌هایی در مورد رابطه بین ژنتیک انسان و زیست‌شناسی است که با مدل‌های حیوانی نمی‌توان به آن دست یافت.

از ظرف فرهنگ گرفته تا درمانگاه

این روش آزمایش‌های بالینی سریع را قادر می‌سازد تا پیش‌بینی کنند که چگونه گروه‌هایی از بیماران ممکن است به داروها پاسخ دهند و کشف درمان‌های جدید را ممکن می‌سازد.

دکتر درو نوین، نویسنده اول مقاله و دانشمند فوق دکترا، می گوید: “پتانسیل ترجمه این تحقیق به ویژه قانع کننده است. با مطالعه سلول های بسیاری از افراد به طور همزمان، ما می توانیم عوامل ژنتیکی را شناسایی کنیم که بر بیماری و پاسخ به درمان در مقیاسی بی سابقه تاثیر می گذارد.” در گروان

یک مثال ارزیابی سمیت قلبی یا تجمع بدن لوی در بیماری پارکینسون در صدها رده سلولی مشتق شده از بیماران است. چنین مطالعاتی به جای منعکس کردن افراد منفرد، پاسخ‌های مشترک و متمایز را در میان گروه‌های ژنتیکی نشان می‌دهد. این بینش‌ها سپس می‌تواند آزمایش‌های بالینی را با در مجموع، این رویکرد می‌تواند توانایی ما را برای ترجمه علم سلول‌های بنیادی به درمان‌های دقیق تبدیل کند.»

این مطالعه در مجله منتشر شد ارتباطات طبیعت.

این بخشی از مجموعه بزرگی از کار مشترک در تلاقی ژنومیک جمعیت و تحقیقات سلول های بنیادی، با شرکای تحقیقاتی از دانشگاه کوئینزلند، دانشگاه ملبورن و موسسه منزیس است.

پروفسور پاول می‌گوید: «ما مشتاقانه منتظریم ببینیم چگونه سیستم دهکده ما برای به دست آوردن بینش بی‌سابقه‌ای در مورد اساس ژنتیکی صفات و بیماری‌های پیچیده استفاده می‌شود که به تشخیص دقیق، درمان‌های مناسب و سلامت بهتر برای همه تبدیل می‌شود.»