انجمن سلول‌های بنیادی ایران (سبا)

Stem Cell Niche (ریزمحیط سلول‌های بنیادی) به محیط اختصاصی اطراف سلول‌های بنیادی گفته می‌شود که رفتار، بقا، تکثیر و تمایز آن‌ها را کنترل می‌کند.

به بیان ساده، همان‌طور که یک بذر برای رشد به خاک، آب، نور و دمای مناسب نیاز دارد، سلول‌های بنیادی نیز برای حفظ ویژگی‌های خود به یک محیط ویژه نیاز دارند. این محیط همان Stem Cell Niche است.

نیش سلول بنیادی از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است:

سلول‌های اطراف که با سلول بنیادی در تماس هستند.
ماتریکس خارج‌سلولی (Extracellular Matrix) که نقش داربست و تکیه‌گاه را دارد.
مولکول‌های پیام‌رسان مانند فاکتورهای رشد و سایتوکاین‌ها.
رگ‌های خونی که اکسیژن و مواد مغذی را تأمین می‌کنند.
سیگنال‌های مکانیکی مانند سفتی یا کشش بافت.

نیش می‌تواند به سلول بنیادی دستور دهد:

✅ در حالت استراحت باقی بماند (Quiescence)

✅ تکثیر شود و تعداد سلول‌های بنیادی افزایش یابد

✅ به سلول‌های تخصص‌یافته تمایز پیدا کند

✅ در صورت آسیب بافت، در فرآیند ترمیم شرکت کند

🩸 مثال: نیش سلول‌های بنیادی خونساز

یکی از چالش‌های اصلی کشت سلول‌های بنیادی در آزمایشگاه این است که نیش طبیعی آن‌ها را از دست می‌دهند. به همین دلیل پژوهشگران تلاش می‌کنند محیطی مشابه نیش طبیعی ایجاد کنند تا سلول‌ها بتوانند ویژگی‌های بنیادی خود را حفظ کنند.

در دهه‌های اخیر سرطان خون به یکی از مهم‌ترین چالش‌های نظام سلامت جهانی تبدیل شده است. در میان انواع مختلف این بیماری، لوسمی حاد میلوئیدی یا AML به دلیل سرعت پیشرفت بالا و دشواری درمان، توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده است.

توسعه این فناوری را می‌توان یکی از مهم‌ترین گام‌ها در مسیر تجاری‌سازی و عمومی‌سازی سلول‌درمانی دانست. مهم‌ترین مزیت این روش، تبدیل یک درمان پیچیده و زمان‌بر به محصولی آماده مصرف است که می‌تواند در مراکز درمانی مختلف در دسترس قرار گیرد. این دستاورد علاوه بر کاهش زمان انتظار بیماران، می‌تواند هزینه‌های تولید را نیز کاهش دهد.

انجماد زیستی سلول‌های بنیادی

🧊 Cryopreservation یا انجماد زیستی، روشی برای نگهداری طولانی‌مدت سلول‌های بنیادی در دماهای بسیار پایین است؛ به‌طوری که فعالیت‌های متابولیکی سلول تقریباً متوقف شده و سلول‌ها می‌توانند سال‌ها بدون از دست دادن ویژگی‌های اصلی خود ذخیره شوند. (PMC)

🔹 ایجاد بانک‌های سلولی (Cell Banks)

🔹 حفظ نمونه‌های ارزشمند برای تحقیقات آینده

🔹 کاهش هزینه و زمان کشت مداوم سلول‌ها

🔹 امکان انتقال سلول‌ها بین مراکز تحقیقاتی و درمانی

🔹 استفاده در پزشکی بازساختی و سلول‌درمانی (PMC)

هنگام انجماد، آب داخل و خارج سلول می‌تواند به کریستال‌های یخ تبدیل شود. این کریستال‌ها ممکن است:

❌ غشای سلولی را پاره کنند

❌ به اندامک‌های سلولی آسیب بزنند

❌ باعث مرگ سلولی شوند

به همین دلیل از مواد محافظ انجماد (Cryoprotective Agents; CPAs) استفاده می‌شود. (PMC)

رایج‌ترین ماده محافظ:

🔬 DMSO (Dimethyl Sulfoxide)

✅ معمولاً با غلظت 5–10٪ استفاده می‌شود.

✅ از تشکیل کریستال‌های یخ جلوگیری می‌کند.

✅ بقای سلولی پس از ذوب را افزایش می‌دهد. (Frontiers)

🔹 Glycerol

🔹 Ethylene Glycol

🔹 Propylene Glycol

🔹 Trehalose (Sage Journals)

1️⃣ آماده‌سازی سلول‌ها

سلول‌ها جمع‌آوری، شمارش و از نظر زنده‌مانی (Viability) ارزیابی می‌شوند.

2️⃣ افزودن محلول انجمادی

محلول حاوی محیط کشت، سرم و Cryoprotectant به سلول‌ها اضافه می‌شود.

3️⃣ انجماد کنترل‌شده

سرعت سرد شدن معمولاً حدود 1 درجه سانتی‌گراد در دقیقه است تا آسیب ناشی از یخ‌زدگی به حداقل برسد. (PMC)

4️⃣ ذخیره‌سازی

نمونه‌ها در نیتروژن مایع یا فاز بخار نیتروژن در دماهای حدود °C196- نگهداری می‌شوند. (Frontiers)

🐢 Slow Freezing (انجماد آهسته)

در این روش دما به‌تدریج کاهش می‌یابد.

✅ روش استاندارد برای سلول‌های بنیادی خون‌ساز (HSCs) و مزانشیمی (MSCs)

✅ تجهیزات و پروتکل‌های آن به‌خوبی شناخته شده‌اند

⚠️ احتمال تشکیل مقداری کریستال یخ وجود دارد. (PMC)

⚡ Vitrification (شیشه‌ای شدن)

در این روش با سرد شدن بسیار سریع و استفاده از غلظت بالای Cryoprotectant، آب بدون تشکیل کریستال یخ به حالت شیشه‌ای تبدیل می‌شود.

✅ کاهش شدید آسیب ناشی از یخ‌زدگی

✅ مناسب برای سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs)

ذوب کردن نمونه‌ها به اندازه فریز کردن آن‌ها اهمیت دارد.

مراحل رایج:

1️⃣ خارج کردن ویال از نیتروژن مایع

2️⃣ ذوب سریع در حمام آب 37 درجه سانتی‌گراد

3️⃣ حذف DMSO

4️⃣ انتقال سلول‌ها به محیط کشت تازه

ذوب سریع معمولاً باعث بقای بیشتر سلول‌ها می‌شود. (PMC)

Cryopreservation به‌طور گسترده در نگهداری موارد زیر استفاده می‌شود:

🔹 Mesenchymal Stem Cells (MSCs)

🔹 Hematopoietic Stem Cells (HSCs)

🔹 Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)

🔹 Embryonic Stem Cells (ESCs) (PMC)

Passaging یا Subculturing یکی از مهم‌ترین مراحل کشت سلول است که طی آن بخشی از سلول‌های در حال رشد از ظرف کشت فعلی به ظرف جدید منتقل می‌شوند تا فضای کافی، مواد مغذی تازه و شرایط مناسب برای ادامه رشد فراهم شود

سلول‌ها پس از مدتی رشد، تمام سطح ظرف کشت را اشغال می‌کنند (Confluence) و مواد مغذی محیط نیز کاهش می‌یابد. در این شرایط:

• سرعت تکثیر سلول‌ها کاهش می‌یابد.
• متابولیت‌های سمی تجمع پیدا می‌کنند.
• ویژگی‌های فیزیولوژیک سلول ممکن است تغییر کند.
• احتمال مرگ سلولی افزایش می‌یابد.

بنابراین پیش از رسیدن سلول‌ها به تراکم کامل (معمولاً در 70–90٪ Confluence)، باید Passaging انجام شود تا سلول‌ها در فاز رشد فعال باقی بمانند. (Proteintech⁠)

1️⃣
Passaging سلول‌های چسبنده (Adherent Cells)

این سلول‌ها به کف فلاسک یا پلیت متصل هستند و برای جداسازی آن‌ها معمولاً از Trypsin-EDTA استفاده می‌شود

2️⃣ Passaging سلول‌های معلق (Suspension Cells)

این سلول‌ها به سطح متصل نیستند و معمولاً تنها با رقیق‌سازی یا انتقال بخشی از سوسپانسیون به محیط کشت تازه پاساژ می‌شوند. (Proteintech⁠)

پس از Passaging، سلول‌ها معمولاً با نسبت مشخصی تقسیم می‌شوند:

• 1:2 → هر فلاسک به دو فلاسک تبدیل می‌شود.
• 1:3 → هر فلاسک به سه فلاسک تبدیل می‌شود.
• 1:5 → هر فلاسک به پنج فلاسک تبدیل می‌شود.

انتخاب نسبت تقسیم به نوع سلول، سرعت رشد و هدف آزمایش بستگی دارد. (Galloway Lab MIT⁠)

هر بار که سلول‌ها پاساژ می‌شوند، شماره Passage یک واحد افزایش می‌یابد.

مثال:
P3 → Passage سوم
P10 → Passage دهم

شماره Passage اهمیت زیادی دارد زیرا بسیاری از سلول‌ها با افزایش تعداد پاساژ دچار تغییرات ژنتیکی، فنوتیپی یا کاهش توان تکثیر می‌شوند. به همین دلیل در مقالات علمی معمولاً شماره Passage گزارش می‌شود. (https://www.atcc.org⁠)

❌ پاساژ دیرهنگام و رشد بیش از حد سلول‌ها
❌ تماس طولانی با Trypsin
❌ آلودگی میکروبی به علت رعایت نکردن شرایط استریل
❌ انتخاب Split Ratio نامناسب
❌ ثبت نکردن Passage Number

این موارد می‌توانند باعث کاهش زنده‌مانی سلول‌ها، تغییر نتایج آزمایش و کاهش تکرارپذیری پژوهش شوند. (Nest Scientific USA⁠)