تولید خون در آزمایشگاه؛ چقدر به واقعیت نزدیکیم؟

آیا روزی کمبود خون جبران می‌شود؟

تصور کنید روزی بتوان به‌جای وابستگی کامل به اهدای خون، بخشی از سلول‌های خونی مورد نیاز بیماران را در آزمایشگاه تولید کرد. این ایده هنوز فاصله زیادی با تبدیل‌شدن به یک درمان معمول پزشکی دارد، اما پژوهشگران دانشگاه کمبریج اخیراً گامی جالب در این مسیر برداشته‌اند.
دانشمندان با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی، ساختارهای سه‌بعدی و خودسازمان‌دهی‌شونده‌ای ساخته‌اند که بعضی از مراحل رشد بسیار اولیه جنین انسان، به‌ویژه شکل‌گیری سیستم خون‌ساز، را تقلید می‌کنند. پژوهشگران این ساختارها را Hematoids یا «هماتوئید» نامیده‌اند. این هماتوئیدها پس از حدود دو هفته در محیط آزمایشگاهی شروع به تولید سلول‌های خونی می‌کنند و به پژوهشگران اجازه می‌دهند فرایند شکل‌گیری سلول‌های بنیادی خون‌ساز را در محیط آزمایشگاه بررسی کنند. یافته‌های این پژوهش در سال ۲۰۲۵ در مجله Cell Reports منتشر شده است.
اما این ساختارها دقیقاً چگونه کار می‌کنند؟ آیا واقعاً می‌توانند مشکل کمبود خون را حل کنند؟ و مهم‌تر از همه، چقدر با استفاده بالینی از این فناوری فاصله داریم؟

خون از کجا می‌آید؟

خون یک بافت زنده و بسیار پیچیده است که از انواع مختلفی از سلول‌ها تشکیل شده است. گلبول‌های قرمز وظیفه اصلی انتقال اکسیژن را بر عهده دارند، گلبول‌های سفید در دفاع از بدن نقش دارند و پلاکت‌ها برای انعقاد خون ضروری هستند. در بدن انسان بالغ، بیشتر سلول‌های خونی در مغز استخوان تولید می‌شوند. این فرآیند که «خونسازی» یا Hematopoiesis نام دارد، به کمک جمعیتی از سلول‌های بنیادی به نام سلول‌های بنیادی خون‌ساز یا Hematopoietic Stem Cells (HSCs) انجام می‌شود.
سلول‌های بنیادی خون‌ساز، سلول‌های نسبتاً نابالغی هستند که دو ویژگی مهم دارند:

• می‌توانند خودشان را حفظ و تجدید کنند.
• و همچنین می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های خونی تبدیل شوند.

به همین دلیل، سلول‌های بنیادی خون‌ساز برای پزشکی اهمیت زیادی دارند. پیوند این سلول‌ها در حال حاضر در درمان برخی بیماری‌های خونی و سرطان‌های خون کاربرد دارد و توانایی تولید سلول‌های خون‌ساز در آزمایشگاه می‌تواند در آینده برای پزشکی بازساختی اهمیت داشته باشد.

اما یک سؤال مهم باقی می‌ماند: خود HSCها در ابتدا چگونه به‌وجود می‌آیند؟

جنین چگونه خون‌سازی را آغاز می‌کند؟

خون‌سازی در بدن جنین دقیقاً مانند فرد بالغ اتفاق نمی‌افتد. محل تولید سلول‌های خونی در طول رشد جنین تغییر می‌کند و خون‌سازی در چند مرحله و در بافت‌های مختلف انجام می‌شود.
در مراحل بسیار ابتدایی رشد، یکی از نخستین محل‌های تشکیل سلول‌های خونی کیسه زرده یا Yolk Sac است. این مرحله بیشتر با تولید سلول‌های خونی اولیه مرتبط است.
پس از آن، فرایند پیچیده‌تری آغاز می‌شود که در نهایت به شکل‌گیری سلول‌های بنیادی خون‌ساز با توانایی گسترده‌تر منجر می‌شود.
یکی از نواحی مهم در این فرآیند، ناحیه‌ای در جنین به نام AGM است؛ مخفف Aorta-Gonad-Mesonephros. در این ناحیه، گروه خاصی از سلول‌های پوشاننده رگ‌های خونی می‌توانند ویژگی‌های خود را تغییر دهند و به سلول‌های خون‌ساز تبدیل شوند.
به این فرآیند Endothelial-to-Hematopoietic Transition یا EHT گفته می‌شود؛ یعنی «گذار از سلول اندوتلیال به سلول خون‌ساز». در ادامه، سلول‌های بنیادی خون‌ساز در طول رشد جنین در محیط‌های مختلف جابه‌جا می‌شوند و کبد جنینی به یکی از مراکز مهم خون‌سازی تبدیل می‌شود. در مراحل بعدی نیز مغز استخوان به محل اصلی خون‌سازی تبدیل می‌شود. بنابراین، تشکیل سیستم خونی انسان نتیجه یک فرآیند مرحله‌ای و بسیار دقیق است که در آن سلول‌ها، بافت‌ها و سیگنال‌های مولکولی مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. همین پیچیدگی باعث شده است که بازسازی این فرایند در آزمایشگاه کار ساده‌ای نباشد.

دانشمندان چگونه این فرآیند را در آزمایشگاه تقلید کردند؟

یکی از مشکلات روش‌های قبلی این بود که تولید سلول‌های بنیادی خون‌ساز در آزمایشگاه معمولاً به استفاده از مجموعه‌ای از پروتئین‌ها و فاکتورهای رشد نیاز داشت. اما پژوهشگران کمبریج تلاش کردند رویکرد متفاوتی را امتحان کنند: به‌جای اینکه فقط یک نوع سلول را در یک محیط کشت پرورش دهند، محیطی سه‌بعدی ایجاد کنند که بتواند برخی از تعاملات طبیعی موجود در مراحل اولیه رشد جنین را تقلید کند. آن‌ها از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی یا Human Pluripotent Stem Cells استفاده کردند. این سلول‌ها توانایی تبدیل‌شدن به انواع مختلفی از سلول‌های بدن را دارند. سلول‌ها در شرایط آزمایشگاهی به شکل ساختارهای سه‌بعدی رشد کردند و به‌صورت نسبتاً خودسازمان‌دهی‌شونده به سمت تشکیل انواع مختلف سلول‌ها و بافت‌ها پیش رفتند. نتیجه، ساختارهایی بود که پژوهشگران آنها را هماتوئید یا Hematoid نامیدند.

بر اساس مقاله پژوهشی، این ساختارها حاوی چندین نوع سلول از جمله سلول‌های قلبی، کبدی، اندوتلیال و خون‌ساز بودند. همچنین پژوهشگران شواهدی از ایجاد یک ریزمحیط خون‌ساز یا Hematopoietic Niche مشابه آنچه در مراحل اولیه رشد جنینی دیده می‌شود پیدا کردند.
نکته جالب اینجاست که در این سیستم، سلول‌ها فقط به‌صورت جداگانه و در یک ظرف کشت ساده رشد نمی‌کنند؛ بلکه خود ساختار سه‌بعدی به ایجاد محیطی کمک می‌کند که از شکل‌گیری سلول‌های خون‌ساز پشتیبانی می‌کند. دانشمندان همچنین مشاهده کردند که این ساختارهای جنین‌مانند پس از حدود دو هفته شروع به تولید خون می‌کنند. حتی تعدادی سلول قلبی ضربان‌دار نیز در این ساختارها شکل گرفتند که به گردش مایع درون سیستم کمک می‌کردند.

آیا این ساختارها واقعاً «خون» تولید می‌کنند؟

تا حدی بله، اما اینجا یک نکته مهم وجود دارد.
عبارت «کارخانه تولید خون» که در تیتر ScienceAlert آمده، یک تعبیر رسانه‌ای جذاب برای توضیح عملکرد این ساختارهاست. هماتوئیدها واقعاً توانایی تولید سلول‌های خونی و سلول‌های بنیادی خون‌ساز را نشان داده‌اند، اما این به معنی آن نیست که در حال حاضر می‌توان از آن‌ها برای تولید کیسه‌های خون مورد استفاده در بیمارستان‌ها استفاده کرد.
پژوهشگران نشان داده‌اند که سلول‌های خون‌ساز ایجادشده می‌توانند به رده‌های مختلف سلول‌های خونی تمایز پیدا کنند؛ موضوعی که نشان می‌دهد این مدل می‌تواند برای مطالعه فرایند طبیعی خون‌سازی بسیار ارزشمند باشد. بنابراین بهتر است بین دو مفهوم تفاوت بگذاریم:
«تولید سلول‌های خونی در آزمایشگاه» با «تولید خون کامل و آماده انتقال به بیمار» یکسان نیست. پژوهش حاضر در درجه اول یک مدل آزمایشگاهی برای مطالعه رشد و خون‌سازی است.

آیا این هماتوئیدها، جنین واقعی هستند؟

خیر. با وجود شباهت‌هایی که این ساختارها با برخی مراحل اولیه رشد جنین دارند، آنها جنین انسانی واقعی نیستند. هماتوئیدها بسیاری از بافت‌های ضروری برای ادامه رشد طبیعی جنین را ندارند؛ از جمله ساختارهای مهمی مانند کیسه زرده و جفت که برای رشد طبیعی جنین ضروری هستند. بنابراین نباید آنها را با یک جنین در حال رشد یکسان دانست. هدف اصلی ساخت این مدل، ایجاد یک سیستم آزمایشگاهی برای مطالعه فرایندهای تکوینی و خون‌سازی است.

کاربردهای بالقوه این فناوری چیست؟

۱. مطالعه بیماری‌های خونی

یکی از مهم‌ترین کاربردهای احتمالی این مدل، مطالعه بیماری‌هایی است که منشأ آنها به سیستم خون‌ساز مربوط می‌شود. برای مثال، پژوهشگران می‌توانند از این مدل‌ها برای بررسی مراحل اولیه شکل‌گیری سلول‌های خونی و مطالعه اختلالاتی مانند لوسمی استفاده کنند. اگر بتوانیم بفهمیم سلول‌های طبیعی خون‌ساز چگونه شکل می‌گیرند، مقایسه آنها با سلول‌هایی که دچار اختلال شده‌اند نیز آسان‌تر خواهد شد.

۲. آزمایش و غربالگری داروها

هماتوئیدها می‌توانند در آینده به‌عنوان یک مدل انسانی برای بررسی اثر داروها بر رشد سلول‌های خونی و سیستم ایمنی مورد استفاده قرار بگیرند. این موضوع می‌تواند به دانشمندان کمک کند پیش از ورود برخی داروها به مراحل پیچیده‌تر آزمایش، اثر آنها را روی فرایندهای خون‌سازی بررسی کنند.

۳. مطالعه رشد سیستم ایمنی

تولید سلول‌های خون‌ساز و سلول‌های سیستم ایمنی در دوران جنینی فرآیندی بسیار پیچیده است. مدل‌هایی مانند هماتوئید می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا بفهمند این سلول‌ها چگونه شکل می‌گیرند و چه ارتباطی با سایر سلول‌ها و بافت‌های اطراف خود دارند. دانشگاه کمبریج نیز یکی از کاربردهای بالقوه این مدل را مطالعه رشد اولیه خون و سیستم ایمنی و مدل‌سازی بیماری‌های خونی عنوان کرده است.

۴. تولید سلول‌های بنیادی برای درمان‌های آینده

بلندمدت‌ترین و شاید هیجان‌انگیزترین کاربرد این فناوری، تولید سلول‌های بنیادی خون‌ساز برای استفاده در درمان‌های سلولی و پیوند باشد. اگر در آینده دانشمندان بتوانند HSCهای کاملاً عملکردی را به مقدار کافی و با کیفیت و ایمنی بالا در آزمایشگاه تولید کنند، این سلول‌ها می‌توانند برای درمان برخی بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرند. در چنین سناریویی حتی امکان استفاده از سلول‌های خود بیمار نیز می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد؛ هرچند رسیدن به چنین کاربردهایی نیازمند تحقیقات بسیار بیشتری است.

چقدر تا کاربرد بالینی فاصله داریم؟

در این بخش باید از تیترهای هیجان‌انگیز کمی فاصله بگیریم.
این پژوهش یک گام مهم در تحقیقات پایه است، اما هنوز یک فناوری بالینی آماده محسوب نمی‌شود.
برای اینکه سلول‌های تولیدشده در آزمایشگاه بتوانند وارد درمان انسان شوند، باید مسائل مهمی بررسی شود؛ از جمله اینکه:

• آیا سلول‌ها از نظر عملکردی کاملاً مشابه HSCهای طبیعی هستند؟
• آیا می‌توان آنها را در مقیاس بزرگ و به صورت قابل‌تکرار تولید کرد؟
•  آیا پس از انتقال به بدن می‌توانند عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند؟
•  آیا خطر ایجاد سلول‌های ناخواسته یا مشکلات ژنتیکی وجود دارد؟
•  آیا محصول نهایی از نظر ایمنی و کیفیت برای استفاده پزشکی قابل قبول است؟

این مراحل ممکن است سال‌ها تحقیق و آزمایش لازم داشته باشند.
بنابراین، هنوز نمی‌توان گفت این فناوری به زودی جایگزین اهدای خون خواهد شد. حتی دانشگاه کمبریج نیز این پژوهش را در مراحل اولیه توصیف کرده و بیشتر بر ظرفیت آن برای مطالعه خون‌سازی، بیماری‌ها، غربالگری داروها و توسعه احتمالی درمان‌های بازساختی تأکید کرده است.

چرا این پژوهش اهمیت دارد؟

شاید مهم‌ترین دستاورد این پژوهش نه تولید چند سلول خونی در یک ظرف، بلکه فراهم‌کردن راهی برای مشاهده و مطالعه بهتر چگونگی شکل‌گیری سیستم خون‌ساز انسان باشد.بدن انسان یک مجموعه از سلول‌های جدا از هم نیست. سلول‌ها دائماً از محیط اطراف خود سیگنال دریافت می‌کنند و سرنوشت آنها تحت تأثیر سلول‌ها، بافت‌ها و مولکول‌های اطرافشان قرار دارد. به همین دلیل، ساخت یک مدل سه‌بعدی که بتواند بخشی از این تعاملات را بازسازی کند، می‌تواند نسبت به کشت ساده یک نوع سلول اطلاعات بیشتری در اختیار دانشمندان قرار دهد. از این منظر، هماتوئیدها را می‌توان بیشتر به‌عنوان یک مدل آزمایشگاهی برای فهم بهتر زیست‌شناسی خون دید تا یک «کارخانه خون» آماده برای استفاده پزشکی.

از یک مدل آزمایشگاهی تا پزشکی آینده

آیا ممکن است روزی بتوان با چنین فناوری‌ای بخشی از نیاز به خون اهدایی را تأمین کرد؟
هنوز نمی‌توان با اطمینان پاسخ مثبت داد. اما پژوهش حاضر نشان می‌دهد که دانشمندان می‌توانند با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی، برخی از مراحل پیچیده تشکیل سیستم خون‌ساز را در یک محیط آزمایشگاهی بازسازی کنند. این پیشرفت می‌تواند در مسیرهای مختلفی اهمیت پیدا کند: از مطالعه چگونگی شکل‌گیری خون و سیستم ایمنی گرفته تا مدل‌سازی بیماری‌هایی مانند لوسمی، آزمایش داروها و در آینده، شاید تولید سلول‌های بنیادی مناسب برای درمان‌های سلولی.
بنابراین، شاید دقیق‌تر باشد که به جای گفتن «دانشمندان جایگزین اهدای خون را ساخته‌اند»، بگوییم:
«دانشمندان موفق شده‌اند یکی از پیچیده‌ترین مراحل شکل‌گیری کارخانه خون‌سازی بدن را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کنند؛ گامی که می‌تواند راه را برای درک بهتر بیماری‌های خونی و توسعه درمان‌های آینده هموار کند.»

کلیدواژه‌های مهم

Hematopoiesis | خونسازی: فرآیند تولید سلول‌های خونی در بدن.
Hematopoietic Stem Cell (HSC) | سلول بنیادی خون‌ساز: سلولی که توانایی خودنوزایی و تولید انواع مختلف سلول‌های خونی را دارد.
Pluripotent Stem Cell | سلول‌های بنیادی پرتوان: سلولی که می‌تواند به انواع زیادی از سلول‌های بدن تمایز پیدا کند.
Hematoid | هماتوئید: ساختار سه‌بعدی مشتق از سلول‌های بنیادی انسانی که برخی ویژگی‌های رشد جنینی و خون‌سازی را در آزمایشگاه بازسازی می‌کند.

Hematopoietic Niche | ریزمحیط خون‌ساز: مجموعه سلول‌ها و عوامل محیطی که از شکل‌گیری، بقا و عملکرد سلول‌های بنیادی خون‌ساز حمایت می‌کنند.
AGM: ناحیه Aorta-Gonad-Mesonephros در جنین که یکی از نواحی مهم در شکل‌گیری سلول‌های بنیادی خون‌ساز است.
EHT | Endothelial-to-Hematopoietic Transition: فرآیندی که طی آن سلول‌های اندوتلیال خون‌زا ویژگی‌های خون‌سازی پیدا می‌کنند.
Regenerative Medicine | پزشکی بازساختی: حوزه‌ای از پزشکی که با استفاده از سلول‌ها، مهندسی بافت و روش‌های زیستی به دنبال ترمیم یا بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده است.

منابع

1. ‘Hematoids’ could 1 day replace blood donations
2. A post-implantation model of human embryo development includes a definitive hematopoietic niche

3. New lab-grown human embryo model produces blood cells

4. Blood-generating heart-forming organoids recapitulate co-development of the human haematopoietic system and the embryonic heart

نویسنده: آرمیتا بناگر

دانلود PDF مقاله