سلول‌های هیبریدی گیاهی-حیوانی: نوآوری در تولید بافت‌ها، اندام‌های مصنوعی و گوشت آزمایشگاهی
دانشمندان ژاپنی و دستاوردی درخشان در حوزه بیوتکنولوژی
پژوهشگران ژاپنی توانسته‌اند با ترکیب سلول‌های گیاهی و حیوانی، نوعی از سلول‌های هیبریدی بسازند که قادرند مانند گیاهان از نور خورشید انرژی بگیرند. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز پیشرفت‌های بزرگی در تولید بافت‌ها و اندام‌های آزمایشگاهی برای پیوند یا ساخت گوشت مصنوعی باشد. با استفاده از این روش، امکان پرورش بافت‌ها با منابع انرژی طبیعی فراهم می‌شود که می‌تواند به حل مشکلات اساسی در مهندسی بافت کمک کند.
تفاوت ساختاری سلول‌های حیوانی و گیاهی
به‌طور طبیعی، سلول‌های حیوانی و گیاهی ساختارهای متفاوتی برای تولید انرژی دارند. در سلول‌های حیوانی، میتوکندری‌ها (Mitochondria) انرژی شیمیایی را از غذا به گونه‌ای تبدیل می‌کنند که برای سلول‌ها قابل استفاده باشد. از سوی دیگر، گیاهان از کلروپلاست‌ها (Chloroplasts) برای فرایند فتوسنتز (Photosynthesis) بهره می‌برند که در آن انرژی خورشید برای تولید انرژی مورد نیاز سلول‌ها استفاده می‌شود. همین تفاوت اساسی در ساختار انرژی‌زای سلول‌ها، ترکیب سلول‌های حیوانی و گیاهی را چالش‌برانگیز می‌کند.
تکنیک‌های به‌کاررفته برای ترکیب کلروپلاست‌ها در سلول‌های حیوانی
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی دانشگاه توکیو موفق شد کلروپلاست‌های استخراج‌شده از جلبک قرمز (Red Algae) را به درون سلول‌های حیوانی که از همستر کشت شده بودند، وارد کند. این ترکیب برای مدت حداقل دو روز به فعالیت فتوسنتزی ادامه داد و انرژی تولید کرد. پیش از این، موفقیت‌هایی در وارد کردن کلروپلاست‌ها به سلول‌های مخمر (Yeast) وجود داشت و باعث ایجاد توانایی فتوسنتز در این قارچ‌ها شد. اما ترکیب سلول‌های حیوانی و کلروپلاست‌ها به دلیل تفاوت‌های ساختاری و زیستی، سطحی جدید از پیشرفت‌های علمی به شمار می‌آید.
روش‌های شناسایی موفقیت ترکیب سلول‌ها
پژوهشگران برای اطمینان از موفقیت فرایند، به دنبال نشانه‌هایی از کلروفیل (Chlorophyll) در سلول‌های همستر بودند. کلروفیل ماده‌ای کلیدی در کلروپلاست‌ها است که معمولاً در سلول‌های حیوانی وجود ندارد و حضور آن نشان‌دهنده موفقیت فرایند است. یکی از مزیت‌های کلروفیل این است که تحت طول موج‌های خاص نور، فلورسانس می‌کند. تیم پژوهشی با استفاده از نور لیزری توانست حضور کلروفیل را در سلول‌های همستر تأیید کند که به معنی وجود کلروپلاست‌ها درون این سلول‌ها بود. علاوه بر این، از تکنیکی به نام فلورومتری مدولاسیون پالس (Pulse Amplitude Modulation Fluorometry) استفاده شد تا فعالیت فتوسنتز و انتقال الکترون در کلروپلاست‌ها تأیید شود.
-------
علت و عوارض مشکل پزشکی از چیست؟
پروفسور ساچیهیرو ماتسونَگا (Sachihiro Matsunaga)، سرپرست این پژوهش، بیان کرد که این اولین گزارشی است که از فعالیت انتقال الکترون فتوسنتزی در کلروپلاست‌های کاشته‌شده در سلول‌های حیوانی ارائه شده است. ماتسونگا اشاره کرد که انتظار داشتند سلول‌های حیوانی به‌سرعت کلروپلاست‌ها را هضم کنند، اما آنچه مشاهده شد، عملکرد دو روزه و فعالیت مستمر فتوسنتزی بود.
رشد سریع‌تر سلول‌های حیوانی و تولید منبع جدید انرژی
پژوهشگران همچنین متوجه شدند که سلول‌های همستر با حضور کلروپلاست‌ها نسبت به حالت عادی رشد سریع‌تری دارند. این رشد سریع نشان‌دهنده آن است که کلروپلاست‌ها احتمالاً منبع کربن جدیدی برای سلول‌های حیوانی فراهم کرده‌اند. این ویژگی، امکان‌های جدیدی برای استفاده از این سلول‌های هیبریدی در مهندسی بافت و دیگر کاربردهای زیستی فراهم می‌کند.
کاربردهای بالقوه در مهندسی بافت و تولید گوشت مصنوعی
یکی از چالش‌های اساسی در تولید بافت‌ها و اندام‌های مصنوعی، تأمین اکسیژن کافی برای سلول‌های لایه‌های داخلی بافت است. در بسیاری از مواقع، این کمبود اکسیژن یا هیپوکسی (Hypoxia) مانع از رشد و تقسیم سلول‌ها می‌شود. پروفسور ماتسونگا و تیم او معتقدند که با استفاده از سلول‌های هیبریدی، می‌توان اکسیژن مورد نیاز بافت‌ها را از طریق فتوسنتز تأمین کرد. این فرایند به این صورت است که با نوردهی مناسب به این سلول‌ها، کلروپلاست‌ها درون بافت اکسیژن تولید می‌کنند و به این ترتیب شرایط مناسبی برای رشد بافت‌های آزمایشگاهی، از جمله اندام‌های مصنوعی، گوشت آزمایشگاهی و حتی لایه‌های پوستی فراهم می‌شود.
این روش نه تنها به رفع مشکلات کمبود اکسیژن کمک می‌کند، بلکه با تأمین انرژی طبیعی از طریق نور خورشید می‌تواند به افزایش سرعت تولید و کارایی این بافت‌ها نیز منجر شود.
پژوهش جدید دانشمندان ژاپنی، گامی بزرگ در جهت استفاده از منابع طبیعی برای تولید اندام‌ها و بافت‌های آزمایشگاهی و همچنین حل چالش‌های موجود در این حوزه است. با ترکیب سلول‌های گیاهی و حیوانی و بهره‌گیری از توانایی فتوسنتز، امکان تولید بافت‌های پایدار و خودکفا فراهم می‌شود که نیاز به منابع انرژی خارجی و مواد مغذی را کاهش می‌دهد. اگرچه این پژوهش هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، اما نتایج اولیه آن نشان‌دهنده کاربردهای بالقوه‌ای است که می‌تواند به پیشرفت‌های چشمگیری در مهندسی بافت و تولید گوشت آزمایشگاهی منجر شود.
