سلول های بنیادی مزانشیمی (MSC) زیرمجموعه ای هتروژن از سلول های پیش ساز پرتوان هستند که به دلیل قدرت تکثیر و تمایز بالا و ویژگی های خاص ایمونولوژیک منبع مناسبی برای ترمیم بافت محسوب می شوند. این سلول ها را می توان از انواعی از بافت ها همچون مغز استخوان یا بافت چربی جدا نمود. سلول های بنیادی بافت چربی می توانند با مهار استرس اکسیداتیو و التهاب، آسیب بافتی را کاهش دهند. امروزه استفاده درمانی از این سلول ها به دلیل دارا بودن پتانسیل سرکوب ایمنی و ترمیمی، در درمان بیماری های مختلف از جمله آرتریت روماتوئید، بیماری پیوند علیه میزبان (GVHD) و فیبروز ریوی کاربرد ویژه ای پیدا کرده است. عوامل سرکوب ایمنی این سلول ها عمدتاً مربوط به مجموعه مولکول های مهاری بیان شده در سطح آنها شامل (TGFβ, PD-L1)، تولید گروهی از سایتوکاین های ضد التهابی(TGF-β, IL-10) ، آنزیم های مهار کننده (ماتریکس متالوپروتئینازها) و متابولیت ها PGE2 ,IDO,NO)) است که به صورت پاراکرین و یا تماس مستقیم سلول به سلول عمل مهاری خود را اعمال می کنند (شکل 1). شواهد مطالعات اخیر نشان می دهد که بسیاری از اثرات پاراکرین سلول های بنیادی مزانشیمی به واسطه آزاد سازی وزیکول های کوچکی به قطر ۵۰ تا ۱۵۰ نانومتر تحت نام “اگزوزوم” صورت می پذیرد. اگزوزوم وزیکول کوچکی است که از غشای سلول منشا می گیرد و در ریزمحیط اطراف سلول آزاد می شود. وزیکول ها حامل گروهی انتخابی از مجموعه لیگاند / رسپتور، محتویات آنزیمی، سایتوکاینی و مواد ژنتیکی سلول مولد خود هستند و متعاقب اتصال و ورود به سلول هدف، پیام هایی جهت تحریک یا مهار، برنامه ریزی مجدد ژنتیکی و تغییر فنوتیپی به سلول های هدف می فرستند. استفاده درمانی از اگزوزوم ها به عنوان یک روش درمان غیرسلولی مزایایی دارد که می تواند توجیه مناسبی برای جایگزینی آن در روش های معمول سلول درمانی باشد. به طور خلاصه اگزوزوم ها در مقایسه با سلول ها، به لحاظ ساختاری و عملکردی باثباتتر هستند و قابلیت ذخیره سازی نامحدودتری دارند. به علاوه، پیام دهی تحریکی یا مهاری ناشی از آنها در مقایسه با سلول به مراتب قویتر است و مخاطره ناشی از بروز ناپایداری ژنتیکی و رد ایمنی متعاقب تجویز سلول آلوژن را در مدل های درون تن (in vivo) ندارند.
در حالتی که سلول های بنیادی مزانشیمی و لنفوسیت ها با هم کشت داده می شوند، تماس آنها توسط مجموعه لیگاند / رسپتور، بخشی از ابزار تعدیل سلول های بنیادی بر فعالیت لنفوسیت ها است. مولکول های مهاری سطح سلول های بنیادی مزانشیمی همچون TGFβ و PD-L1 با ارسال پیام مهاری به لنفوسیت های واجد گیرنده این نوع مولکول ها و القای فعالیت لنفوسیت های T تنظیمی، نقش مهمی در پایان دادن به پاسخ های التهابی پیشرونده سیستم ایمنی، حفظ هموستاز و تحمل خودی ایفا می کنند. اگزوزوم ها به عنوان وزیکول های کوچک مشتق از غشا سلول، با توجه به محتویات مشابه سلول مولد خود، پتانسیل مهار تماسی مشابهی نیز دارند. با این وجود، برخی شواهد نشان می دهند که پیام مجموعه لیگاند/ رسپتور قرارگرفته در غشای میکرووزیکول به مراتب قویتر از پیام همین مجموعه در غشای سلول عمل می کند. به هرحال، از جنبه نظری، استفاده درمانی از سلول های بنیادی مزانشیمی به دلیل ویژگی تولید پایدار فاکتورهای سرکوب ایمنی از جمله سایتوکاین ها، آنزیم ها و متابولیت ها و فاکتور های تغذیه‌ای مزیتی چشمگیر نسبت به اگزوزوم دارد. اما این مزیت به دلیل مرگ سلولی بخش قابل توجهی از سلول های بنیادی در هفته اول پس از تجویز، در نتیجهی استرسهای محیط بدن، کمتر می شود. از این رو درمان با اگزوزوم یک روش موثر و پایدار محسوب می شود. از سوی دیگر، اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی، برخلاف سلول های مولد، بیان زودگذر و کم مقداری از مولکول های سازگاری بافتی (مانند کلاس دوMHC) دارند. بدین لحاظ، حتی در صورت الوژن بودن هم پاسخ ایمنی قابل توجهی القا نمیکنند.
شکل1. مکانیزم های تعدیل سیستم ایمنی توسط سلول های بنیادی مزانشیمی
با توجه به نتایج مطالعات مختلف به نظر می رسد که اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی، پتانسیل موثری در سرکوب ایمنی جهت اهداف درمانی هستند. از سوی دیگر، ایده تولید انبوه اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی می تواند به عنوان یک هدف قابل حصول در درمان بیماری های خود ایمن مورد توجه قرار گیرد. در ادامه به عنوان نمونه، توضیحاتی در مورد چند بیماری که استفاده از اگزوزوم می تواند در درمان آنها مفید واقع شود، خواهد آمد.آرتریت روماتوئید
آرتریت روماتوئید یا رماتیسم مفصلی یک بیماری خود ایمن مزمن با علت ناشناخته است. شایعترین شکل این بیماری، آرتریت التهابی مزمن است که با التهاب غشای سینوویال مفاصل درگیر شروع می شود و مفاصل به علت التهاب، ضخیم شدن غشاي مفصلی و تجمع مایع متورم و دردناك می شوند. این وضعیت به مرور زمان باعث تخریب غضروف، خوردگی استخوان، بدشکلی مفصل و در نهایت ناتوانی عضو مبتلا می گردد. ایمنوپاتوژنز این بیماری با اختلال در ایمنی ذاتی و اختصاصی فرد مشخص می شود که در نهایت به تشکیل کمپلکس های ایمنی و فعال شدن سلول های T علیه بافت های خودی و تولید سایتوکاین های التهابی منجر می گردد. خط اولیه درمان در آرتریت روماتوئید استفاده از دارو های سرکوب کننده و تعدیل کننده سیستم ایمنی است. علیرغم مزایایی که مصرف این دارو ها به همراه دارد، استفاده از آنها با عوارض جانبی زیادی همراه است که از آن جمله می توان به خطر ابتلا به بیماری های عفونی و همچنین لنفوپنی اشاره نمود. بنابراین، همچنان نیاز به روش های درمانی جدید با عوارض جانبی کمتر وجود دارد. با توجه به تاثیر اگزوزوم های مشتق شده از سلول های بنیادی مزانشیمی در سرکوب پاسخ های ایمنی، استفاده از آنها جهت درمان بیماران مبتلا به آرتریت روماتوئید، کاربردی می باشد. نتایج مطالعات نشان داده اند که اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی قادرند با مهار تکثیر سلول های B و T و کاهش درصد اشکال بالغ این سلول ها باعث کاهش التهاب شوند. همچنین، اثرات ضدالتهابی این وزیکول ها با تاثیر آنها بر افزایش فعالیت سلول های T تنظیمی و تولید سایتوکاین های ضدالتهابی اثبات شده است.بیماری پیوند علیه میزبان (GVHD)
بیماری پیوند علیه میزبان (GVHD) یک عارضه شدید در پیوند آلوژنیک مغز استخوان است که به علت واکنش لنفوسیت های T و سلول های کشنده طبیعی موجود در سلول های دهنده بر علیه بافت های گیرنده پیوند رخ میدهد. GVHD حاد تا سه ماه پس از پیوند سلول های بنیادی آلوژنیک مشخص می شود و به طور معمول در فاصلهی 2 تا 3 هفته پس از آغاز روند درمان بروز می کند. GVHD مزمن اغلب اوقات در بیمارانی بروز می کند که تجربهی GVHD حاد را از سر گذرانده اند. این وضعیت در فاصله حداقل سه ماه پس از پیوند سلول های بنیادی بروز پیدا می کند. موارد GVHDمزمن می تواند طیفی از عوارض خفیف تا شدید را شامل شود و نیز قادر است مادام العمر و ناتوان کننده باشد. GVHD می تواند به اندام های مختلف بدن مانند ریه، کبد و یا پوست آسیب برساند. بروز GVHD با تخریب سیستم ایمنی گیرنده پیوند و تولید سایتوکاین های پیش التهابی مانند فاکتور نکروز دهنده تومور (TNF-α) و اینترلوکین ۱) IL-1) به همراه فعال شدن سلول های عرضه کننده آنتی ژن و لنفوسیت های T و در نهایت تکثیر لنفوسیت های T پیوندی همراه باشد. این سلول ها در نهایت به بافت های گیرنده پیوند، حمله و موجبات تخریب آنها را فراهم می کنند. سلول های بنیادی مزانشیمی به دلیل خواص تعدیل کننده سیستم ایمنی، درمانی امیدوار کننده برای مهار GVHD مزمن هستند. این سلول ها با متعادل نمودن نسبت فعالیت Th17/Treg تحمل ایمنی را القا می کنند. اثرات اگزوزوم بر ایمنی شامل فعال شدن سلول های T، قطبیت سلول های T به سلول های Treg، سرکوب سیستم ایمنی و خواص ضد التهابی است. آزمایشات درون تن و برون تن (آزمایشگاهی) توانایی اگزوزوم های مشتق ازسلول های بنیادی مزانشیمی در مهار GVHDمزمن با القای سلول های Treg و مهار سلول های Th17 پیش التهابی را نشان داده است. در حقیقت، اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان دارای اثرات سرکوب کننده سیستم ایمنی هستند. به طور خاص، این اگزوزوم ها از بیان سایتوکاین های پیش التهابی مانند IL-17A (شاخص سلول های Th17) جلوگیری می کنند. بعلاوه، قادرند تولید IL-10، (شاخص Treg) را القا کنند. به این ترتیب، این نوع از اگزوزوم ها پاسخ های ایمنی را به نحوی تعدیل می کنند که واکنشGVHD مزمن کاهش یابد (شکل 2). بدین لحاظ، ابزار درمانی امیدوار کننده ای برای درمان عوارض ریوی در GVHD مزمن هستند.
شکل 2. قدرت درمانی اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی در GVHD
فیبروز ریویPulmonary fibrosis) )
فیبروز ریوی حالتی است که در آن بافت ریه ضخیم، سفت و دچار آسیب می شود. با افزایش ترشحات و ضخیم‌تر شدن بافت ریه، نقش کیسه های هوایی (آلوئول ها) در تبادل گازهای تنفسی و رساندن اکسیژن به بافت ها مختل می شود و در نتیجه، مغز، قلب و سایر اندام ها اکسیژن کافی برای عملکرد طبیعی خود را دریافت نمی کنند. فیبروز ریوی می تواند در اثر عوامل مختلفی از جمله قرار گرفتن طولانی مدت در معرض برخی از سموم، برخی شرایط پزشکی مانند پرتودرمانی، استفاده از بعضی داروها، عفونت های ویروسی و باکتریایی ایجاد شود. فیبروز ریوی ناشی از پاندمی COVID-19 در سال های اخیر به عنوان یکی از عوارض مهم این بیماری محسوب می شود. در مطالعه ای نشان داده اند که درمان بیماران COVID-19 با اگزوزوم های مشتق از سلول های مزانشیمی، عارضه جانبی طی 72 ساعت پس از درمان نداشته و اثراث مثبتی در بازیابی ظرفیت ذخیره اکسیژن و تنظیم طوفان سایتوکاینی داشته است. به طور کلی می توان گفت که درمان عوارض ریوی با اگزوزوم تراپی در این بیماران از طریق: 1. محافظت و تکثیر سلول های اپیتلیال ریه، 2. کاهش التهاب ریوی و طوفان سایتوکاینی، 3. تغییر قطبیت ماکروفاژی و افزایش فنوتیپ ماکروفاژ های ضد التهابی M2 و 4. کاهش ادم ریوی و نفوذ پذیری ریه اعمال می شود. بعلاوه، نشان داده اند که سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان با بیان بیش از حد فاکتور (TGF-β3) و فاکتور مهارکننده تکثیر میوفیبروبلاست ها می تواند باعث بهبودی زخم و کاهش بافت اسکار شوند (شکل 3). نتیجه گیری: اگزوزوم های مشتق از سلول های بنیادی مزانشیمی با اثرات پاراکرین باعث ترمیم بافت و بازیابی هموستاز می شوند. بدین لحاظ، اگزوزوم ها کاندید های بالقوه ای برای درمان های عاری از سلول در انواعی از بیماری ها به ویژه بیماری های اتوایمیون و التهابی هستند.
شکل3. نقش بالقوه اگزوزوم های مشتق شده از سلول های بنیادی مزانشیمی در عفونت COVID-19
جهت مطالعه بیشترHong P. et al. The functions and clinical application potential of exosomes derived from adipose mesenchymal stem cells: a comprehensive review. Stem Cell Res Ther. 2019, 10(242): 1-12.
Perocheau D. et al. Clinical applications for exosomes: Are we there yet? Br. J. Pharmacol. 2021, 178: 2375–2392.