معمولا سلول‌ها و بافت‌هاي زنده چگونه نگهداري مي‌شود؟

به طور معمول نگهداري سلول‌ها به مدت طولاني، مستلزم فريز كردن آنها در نيتروژن مايع (دماي منفي 170 درجه سانتي‌گراد) به همراه مواد نگهدارنده است. به طور مختصر در تكنيك‌هاي انجمادي با افزودن مقادير مشخصي DMSO، پروپان دي‌ال، اتيلن گليكول، گليسرول و ساكاروز به محيط كشت در چند مرحله تا حد ممكن آب درون‌سلولي را خارج و يكي از مواد فوق يا تركيبي از آنها را به درون سلول وارد مي‌كنند و سپس سلول‌هاي منجمد شده در مخازن مخصوص حاوي نيتروژن مايع براي سال‌ها نگهداري مي‌شوند.براي بازگشت سلول‌هاي منجمد شده، پس از خروج آنها از نيتروژن مايع بلافاصله در محيط كشت ويژه با دماي 37 درجه سانتي‌گراد قرار مي‌گيرند. به اين ترتيب در مدت‌زمان 2 تا 3 ثانيه دماي آنها از منفي 170 به 37 درجه سانتي‌گراد خواهد رسيد. اما حجم زياد برخي از سلول‌ها و بافت‌ها و تشكيل بلورهاي يخ به دليل وجود آب درون سلولي از مشكلاتي است كه امكان انجماد موفق آنها را محدود مي‌سازد و تا حدودي سبب آسيب به سلول مي‌شود. همچنين در زمان بازگشت سلول‌هاي منجمد شده به حالت معمول، تغيير دماي ناگهاني نيز آسيب وارده به سلول‌ها را دوچندان مي‌كند.

براساس يافته‌هاي اين پژوهش، پروتئين «ليپوكالين2» مي‌تواند به عنوان عامل حفاظتي در مقابل سرما و گرما به كار رود.در اين روش با انجام آزمايش​هاي متعدد طي زمان‌هاي مختلف، گروه ما موفق به نگهداري سلول‌ها در دماي معمول يخچال شدند. سلول‌ها به صورت معمول با غلظت‌هاي مختلف ليپوكالين2 مخلوط شده و سپس در يخچال نگهداري مي‌شدند. پس از گذشت زمان‌هاي مختلف، سلول‌ها مجددا از يخچال خارج و در شرايط معمول كشت داده مي‌شدند. پس از گذشت زمان لازم، ميزان زنده بودن و كيفيت سلول‌هاي زنده ارزيابي مي‌شد. در نهايت پس از طي مدت زماني حدود 2 سال و انجام تحقيقات و آزمايشات تكميلي و تاييدي متعدد، شرايط آزمايش و غلظت ليپوكالين2 به منظور نگهداري سلول‌ها در دماي يخچال بهينه شد.همچنين در مطالعات آزمايشگاهي روي مدل حيواني نتايج به دست آمده اين بود كه در ايجاد شرايط استرس دمايي (‌افزايش و كاهش دما) ميزان اين پروتئين در بافت‌هاي حياتي حيوان افزايش يافته و در نهايت منجر به بقاي حيوان مي‌شود. يافته‌هاي ما براي اولين بار در دنيا نشان داد كه مي‌توان سلول‌ها را كه اجزاي تشكيل‌دهنده بافت‌ها هستند با مجاور كردن با غلظت مناسب ليپوكالين2، در دماي معمول يخچال نگهداري كرد.

‌امروزه تخمين زده شده كه از هر 200 نفر يك نفر به پيوند نياز پيدا مي‌كند. در سال‌هاي گذشته اصولا پيوند تنها بوسيله اهداي بافت فرد دهنده و جايگزيني بافت مناسب با بافت آسيب‌ديده (در صورت مطابقت و همخواني HLA فرد دهنده وگيرنده) امكان پذير بود. به دليل تخريب ارگان پيوندي، جراحان ملزم به انجام سريع عمل پيوند هستند و نگهداري بافت (ارگان پيوندي مورد نظر) بسيار مشكل است و در واقع امكان‌پذير نيست. در سال‌هاي اخير استفاده از سلول‌هاي بنيادي در درمان و پيوند مطرح شده است. علاوه بر موارد پيوند در پروژه‌هاي تحقيقاتي نيز در 80 درصد موارد به سلول و آزمايش​هاي سلولي در محيط آزمايشگاهي نياز است. در تمام موارد فوق، روش متداول نگهداري سلول‌ها فريز آنهاست كه خود يك روش هزينه‌بر و توام با ريسك بالاست، چرا كه در مراحل فريز كردن و پس از گذشت مدت زمان فريز ماندن سلول‌ها پس از بازيابي سلول‌ها (دفريز) تعدادي از اين سلول‌ها از دست مي‌روند و كارايي برخي از آنها نيز كاهش مي‌يابد. بنابراين در حيطه تحقيقات، پيدا كردن روش‌هاي مناسب و كم‌هزينه در نگهداري سلول‌ها يا بافت امري ضروري است.نگهداري سلول‌ يا بافت زنده اعم از عضو پيوندي يا خون در ازت مايع بسيار هزينه‌بر است. هزينه تهيه نيتروژن مايع، انتقال آن به مخازن نگهداري، هزينه پرسنل و خطرات ناشي از كار با آن جزو معايب كار با اين روش است. همچنين طي فرآيند فريز كردن و با تغيير ميزان نيتروژن آسيب وارده افزايش مي‌يابد. اما با اين يافته علمي و با به كارگيري ليپوكالين2، اميد آن داريم كه بتوانيم سلول‌ها را در دماي يخچال معمولي كه بسيار ارزان خواهد بود، نگهداري كنيم.

از جمله مهم‌ترين كاربردهاي اين پروتئين آن است كه مي‌توان از آن به عنوان نشان‌گذار اوليه براي تشخيص سكته قلبي و ‌آسيب كليوي اشاره كرد. همچنين عملكرد آنتي‌اكسيداني و ضد التهابي آن نيز مي‌تواند در ترميم آسيب‌هاي بافتي و بيماري‌هايي كه سيستم دفاعي بدن را از كار مي‌اندازد نيز مفيد باشد. همچنين اخيرا از اين پروتئين به عنوان عاملي در درمان برخي سرطان‌ها استفاده شده و تحقيقات روي آن تازه آغاز شده است.اما تحقيق اخير ما كاربرد جديدي براي اين پروتئين در نگهداري بافت پيوندي در دماي معمول را پيشنهاد مي‌كند. اميدواريم به كمك اين پروتئين بتوانيم سلول‌ها را از آسيب ناشي از سرماي زياد در امان نگه داريم. همچنين بتازگي مقاله‌اي به چاپ رسيده است كه پيشنهاد مي‌كند اين پروتئين مي‌تواند در بخش مراقبت‌هاي ويژه (ICU) كاربرد داشته باشد.

آنچه به اين يافته منجر شد، حاصل يك طرح اصلي نبوده است. در واقع در حين آزمايش​ها، بر اثر يك اتفاق و پيگيري‌ها و انجام آزمايش​هاي متعدد اين يافته به دست آمد. طرح‌هاي مختلفي درارتباط با ليپوكالين2 با همكاري همكارانم در انستيتو پاستور ايران، دانشگاه علوم پزشكي بقيه‌الله ودانشگاه علوم پزشكي تبريز انجام شده است.گفتني است يافته اخير فقط در سطح سلول انجام شده است اما براي ادامه كار مستلزم مطالعات دامنه‌دار در شرايط آزمايشگاهي و مدل حيواني است. نخستين مرحله از اين مطالعه توليد ليپوكالين2 به صورت نوتركيب در مقياس وسيع و سپس استفاده از اين پروتئين در نگهداري بافت در مدل حيواني و در نهايت در استفاده آن در بالين است و اين مستلزم تامين بودجه و مطالعات آتي است.

عملكرد پروتئين ليپوكالين 2

ليپوكالين2‌ يكي از اعضاي خانواده پروتئيني ليپوكالين است كه به صورت طبيعي در گرانولوسيت‌هاي سلول‌هاي نوتروفيل چندهسته‌اي و بسياري از سلول‌ها مثل​ سلول‌هاي كبدي يافت مي‌شود.اين پروتئين داراي وظايف متعددي از قبيل تنظيم پاسخ ايمني، انتقال آهن، مهار رشد باكتري‌ها، انتقال مولكول‌هاي هيدروفوبيك مثل ويتامين‌ها و محصولات متابوليكي است.از طرف ديگر مطالعات نشان مي‌دهند ميزان فعاليت ليپوكالين2 در شرايط استرس‌زا از قبيل قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراءبنفش، كمبود اكسيژن، پراكسيد هيدروژن، فلزات سنگين و شوك گرمايي افزايش مي‌يابد. اين موضوع به مقاوم‌سازي سلول‌ها در برابر شرايط سخت كه ادامه حساسيت ناممكن است، منجر مي‌شود.به طور معمول امروزه در جوامع بشري شرايط نامناسب و عوامل نامساعد در شرايط محيطي افزايش يافته است. ازجمله اين عوامل مي‌توان به اشعه‌ها، مواد اكسيدان و آلاينده‌هاي محيطي اشاره كرد. سيستم دفاعي و آنتي‌اكسيدان‌ها در مقابله با اين شرايط، بسيار كارآمد ولازم است. كاركرد آنتي‌اكسيداني و حفاظتي به طور طبيعي نيز در بدن وجود دارد اما افزايش طبيعي آن در بدن محدود است و حضور اين پروتئين بيش از مقادير طبيعي باعث افزايش مقاومت بافت‌ها در برابر شرايط نامناسب مي‌شود. علاوه بر مطالعات متعدد عملكرد دقيق اين پروتئين تاكنون به طور دقيق مشخص نشده است.