سلول های هیبریدی گیاهی، حیوانی: نوآوری در فراوری بافت ها، اندام های مصنوعی و گوشت آزمایشگاهی - گروه سرگرمی

تفاوت ساختاری سلول های حیوانی و گیاهی

به طور طبیعی، سلول های حیوانی و گیاهی ساختارهای متفاوتی برای فراوری انرژی دارند. در سلول های حیوانی، میتوکندری ها (Mitochondria) انرژی شیمیایی را از غذا به گونه ای تبدیل می نمایند که برای سلول ها قابل استفاده باشد. از سوی دیگر، گیاهان از کلروپلاست ها (Chloroplasts) برای فرایند فتوسنتز (Photosynthesis) بهره می برند که در آن انرژی خورشید برای فراوری انرژی مورد احتیاج سلول ها استفاده می گردد. همین تفاوت اساسی در ساختار انرژی زای سلول ها، ترکیب سلول های حیوانی و گیاهی را چالش برانگیز می نماید.

تکنیک های به کاررفته برای ترکیب کلروپلاست ها در سلول های حیوانی

در این پژوهش، تیم تحقیقاتی دانشگاه توکیو پیروز شد کلروپلاست های استخراج شده از جلبک قرمز (Red Algae) را به درون سلول های حیوانی که از همستر کشت شده بودند، وارد کند. این ترکیب برای مدت حداقل دو روز به فعالیت فتوسنتزی ادامه داد و انرژی فراوری کرد. پیش از این، پیروزیت هایی در وارد کردن کلروپلاست ها به سلول های مخمر (Yeast) وجود داشت و باعث ایجاد توانایی فتوسنتز در این قارچ ها شد. اما ترکیب سلول های حیوانی و کلروپلاست ها به علت تفاوت های ساختاری و زیستی، سطحی نو از پیشرفت های علمی به شمار می آید.

روش های شناسایی پیروزیت ترکیب سلول ها

پژوهشگران برای اطمینان از پیروزیت فرایند، در پی نشانه هایی از کلروفیل (Chlorophyll) در سلول های همستر بودند. کلروفیل ماده ای کلیدی در کلروپلاست ها است که معمولاً در سلول های حیوانی وجود ندارد و حضور آن نشان دهنده پیروزیت فرایند است. یکی از مزیت های کلروفیل این است که تحت طول موج های خاص نور، فلورسانس می نماید. تیم پژوهشی با استفاده از نور لیزری توانست حضور کلروفیل را در سلول های همستر تأیید کند که به معنی وجود کلروپلاست ها درون این سلول ها بود. علاوه بر این، از تکنیکی به نام فلورومتری مدولاسیون پالس (Pulse Amplitude Modulation Fluorometry) استفاده شد تا فعالیت فتوسنتز و انتقال الکترون در کلروپلاست ها تأیید گردد.

پروفسور ساچیهیرو ماتسونَگا (Sachihiro Matsunaga)، سرپرست این پژوهش، اعلام کرد که این اولین گزارشی است که از فعالیت انتقال الکترون فتوسنتزی در کلروپلاست های کاشته شده در سلول های حیوانی ارائه شده است. ماتسونگا اشاره نمود که انتظار داشتند سلول های حیوانی به سرعت کلروپلاست ها را هضم نمایند، اما آنچه مشاهده شد، عملکرد دو روزه و فعالیت مستمر فتوسنتزی بود.

رشد سریع تر سلول های حیوانی و فراوری منبع نو انرژی

پژوهشگران بعلاوه متوجه شدند که سلول های همستر با حضور کلروپلاست ها نسبت به حالت عادی رشد سریع تری دارند. این رشد سریع نشان دهنده آن است که کلروپلاست ها احتمالاً منبع کربن نوی برای سلول های حیوانی فراهم نموده اند. این ویژگی، امکان های نوی برای استفاده از این سلول های هیبریدی در مهندسی بافت و دیگر کاربردهای زیستی فراهم می نماید.

کاربردهای بالقوه در مهندسی بافت و فراوری گوشت مصنوعی

یکی از چالش های اساسی در فراوری بافت ها و اندام های مصنوعی، تأمین اکسیژن کافی برای سلول های لایه های داخلی بافت است. در بسیاری از مواقع، این کمبود اکسیژن یا هیپوکسی (Hypoxia) مانع از رشد و تقسیم سلول ها می گردد. پروفسور ماتسونگا و تیم او معتقدند که با استفاده از سلول های هیبریدی، می توان اکسیژن مورد احتیاج بافت ها را به وسیله فتوسنتز تأمین کرد. این فرایند به این صورت است که با نوردهی مناسب به این سلول ها، کلروپلاست ها درون بافت اکسیژن فراوری می نمایند و به این ترتیب شرایط مناسبی برای رشد بافت های آزمایشگاهی، از جمله اندام های مصنوعی، گوشت آزمایشگاهی و حتی لایه های پوستی فراهم می گردد.

این روش نه تنها به برطرف مسائل کمبود اکسیژن یاری می نماید، بلکه با تأمین انرژی طبیعی به وسیله نور خورشید می تواند به افزایش سرعت فراوری و کارایی این بافت ها نیز منجر گردد.

پژوهش نو دانشمندان ژاپنی، گامی بزرگ در جهت استفاده از منابع طبیعی برای فراوری اندام ها و بافت های آزمایشگاهی و بعلاوه حل چالش های موجود در این حوزه است. با ترکیب سلول های گیاهی و حیوانی و بهره گیری از توانایی فتوسنتز، امکان فراوری بافت های پایدار و خودکفا فراهم می گردد که احتیاج به منابع انرژی خارجی و مواد مغذی را کاهش می دهد. اگرچه این پژوهش هنوز در مراحل اولیه قرار گرفته است، اما نتایج اولیه آن نشان دهنده کاربردهای بالقوه ای است که می تواند به پیشرفت های چشمگیری در مهندسی بافت و فراوری گوشت آزمایشگاهی منجر گردد.

منبع

Proceedings of the Japan Academy,منبع: یک پزشک