اثرات درمانی استفاده استنشاقی اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های بنیادی مزانشیمی در بیماری آلزایمر

بیماری آلزایمر یک آسیب پیشروندۀ عصبی است که با اختلالات حافظه و یا زوال عقل همراه می‌باشد. تجمع پلاک و ایجاد کلافه‌های نوروفیبریلاری به‌عنوان بارزترین ویژگی نوروپاتولوژیکی این بیماری شناخته شده‌اند. در میان تمام روش‌های درمانی نوین، استفاده از سلولهای‌بنیادی از مزیت‌های قابل توجهی برای مقابله با آلزایمر و سایر اختلالات عصبی برخوردار است. از میان تمام سلول‌های‌بنیادی، سلول‌های ‌بنیادی‌مزانشیمی،سلول‌هایی بسیار کاربردی و با اهمیت در حوزه پزشکی بازساختی محسوب می‌شوند. یکی از سازوکارهای اساسی فعالیت سلول‌های‌بنیادی مزانشیمی ، انتشار وزیکول‌های خارج سلول به‌ویژه اگزوزوم‌ها است. اگزوزوم‌ها انتقال‌دهنده‌هایی 40-100 نانومتری دارای غشا هستند که توان عبور از سد خونی-مغزی را داشته و در سیگنالینگ میانِ سلول‌های بدن نقش مهمی را ایفا می‌کنند. همچنین این وزیکولها اثرات مهمی را در ترمیم حافظه با کاهش رسوب پلاک و سطح پپتیدهای بتاآمیلوئیدی ،کاهش فعالیت سلولهای میکروگلیا وتعدیل میزان سیتوکین‌ها به منظور کاهش التهاب عصبی که یکی از عوامل اصلی پیشرفت این بیماری می‌باشد رانشان می‌دهند.نیاز به یک سیستم انتقالی با هدف قرارگیری اگزوزوم‌ها در ناحیه هایپوکامپ بیماران ، محققان را به بررسی انواع راه‌های انتقالی سوق داده است. با استنشاق مستقیم دارو و یا تزریق داخل بینی آن، از مصرف بیشتر دارو و عوارض جانبی ناشی از انتقال دارو به سایر بافت‏ها جلوگیری به‌عمل می‏آید. روش درمان استنشاقی روشی با ریسک کمتر برای انتقال اگزوزوم‌های مهندسی شده به مغز است.

▪ آلزایمر، تشخیص و درمان:

بیماری آلزایمر(AD) به‌عنوان یکی از بارزترین انواع اختلالات حافظه و یا زوال عقل، یک آسیب پیشرونده عصبی می‌باشد که اغلب در افراد بالای 65 سال (آلزایمر دیررس) بروز می‌نماید. در واقع با افزایش جمعیت سالمند جهان، درصد ابتلا به بیماری اشاره شده نیز در حال افزایش می‌باشد. البته این نکته قابل ذکر است اگر در سنین زیر 65 سالگی این بیماری بروز نماید، به‌عنوان حمله زودهنگام آلزایمر شناخته می‌شود. ابتلای زودهنگام به آلزایمر غالباً در سنین 40 و 50 سالگی اتفاق افتاده ، افراد معدودی دچار این شکل از بیماری می‌گردند.به صورت کلی روند آغاز بیماری در ابتدا به صورت آهسته بوده و سپس قسمت اعظمی از مغز دچار آسیب غیر قابل بازگشت می گردد.

درحقیقت روند پیشرفت بیماری آلزایمر را می توان به هفت مرحله تقسیم کرد:

1.بدون مشکل: در این مرحله، بیماری آلزایمر قابل تشخیص نبوده و مشکلات حافظه یا نشانه‌های زوال عقل قابل تشخیص نیستند.

2.بسیار خفیف: بیمار ممکن است مشکلات حافظه‌ای جزئی داشته باشد.

3.خفیف: در این مرحله، بیمار از مشکلات شناختی و مشکلات حافظه رنج می‌برد.

4.متوسط: در این مرحله از آلزایمر، نشانه‌های بیماری آلزایمر مشهود می‌شوند.

5.نسبتا شدید: در مرحله پنجم بیماری آلزایمر، بیمار برای انجام کارهای روزمره خود به کمک نیاز دارد.

6.شدید: بیماران در این مرحله به مراقبت و نظارت مداوم نیاز داشته و باید مراقبت‌های حرفه‌ای از آن‌ها به عمل آید.

7.بسیار شدید: این آخرین مرحله بیماری آلزایمر است. از آنجا که بیماری آلزایمر یک بیماری لاعلاج است، بیماران در این مرحله نزدیک به مرگ هستند. در مرحله هفتم بیماری‌ آلزایمر بیماران توانایی خود را در واکنش به محرک‌های محیط و ارتباطی از دست می‌دهند.

بنابراین می توان گفت بیماری آلزایمراختلالی مهلک می‌باشد که تمامی زندگی فرد را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به طور کلی در ایجاد این بیماری هردوی عوامل ژنتیکی و محیطی امکان دخالت دارند به طوری که نیمی از بیماران به علت اختلالات ژنتیکی درگیر این بیماری می‌شوند. از این رو بیماری آلزایمر به دو نوع خانوادگی (وجود سابقه فامیلی در ابتلا به بیماری) و پراکنده ( عدم وجود سابقه فامیلی در بیماری) تقسیم می‌گردد.

به هر حال عوامل ژنتیکی و محیطی مذکور منجر به شرایطی می‌گردند که در بروز آلزایمر موثر هستند. از جمله این شرایط می‌توان به کاهش سطح استیل کولین درمغز، استرس‌اکسیداتیو،تجمع پلاک (متشکل از پپتیدهای بتا آمیلوئیدی) در قسمت خارجی نورون‌ها و ایجاد کلافه‌های نوروفیبریلاری (به علت‌ هایپرفیبریلاسیون پروتئین‌های تاو(Tau) مرتبط با میکروتوبول‌های سلولی) در داخل نورون‌ها اشاره نمود.در این میان، تجمع پلاک و ایجاد کلافه‌های نوروفیبریلاری به‌عنوان بارزترین ویژگی نوروپاتولوژیکی بیماری آلزایمر شناخته شده‌اند.

متخصص مغز و اعصاب از شیوه‌های گوناگونی برای کمک به شناسایی و تشخیص این که آیا یک فردِ مبتلا به اختلالات حافظه ناشی از آلزایمر است یا خیر استفاده می‌کند که برخی از این روش‌ها عبارتند از: پرسش از خود فرد، اعضای خانواده یا دوستان در مورد سلامت عمومی بیمار، سوابق بیماری‌های گذشته، توانایی بیمار در انجام امور روزمره و تغییرات رفتاری و شخصیتی بیمار، انجام تست‌های سنجش عملکرد حافظه، حل مسئله، توجه، شمارش و تکلم، انجام آزمایش‌های پزشکی استاندارد مانند آزمایش خون و ادرار برای شناسایی علل احتمالی بیماری و انجام روش‌های متفاوت اسکن‌ مغز شامل: توموگرافی کامپیوتری (CT)، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و توموگرافی انتشار پوزیترون (PET).

به طور کلی امروزه تشخیص بیماری آلزایمر با دقت بالاتری نسبت به گذشته انجام می‌پذیرد و این موضوع امکان ارائه خدمات درمانی به بیماران را تسهیل می‌نماید. با این وجود همچنان درمان قطعی برای این بیماری شناخته نشده است و درحال حاضر راهبردهایی برای پیشگیری از ابتلا ، کنترل بیماری و کاهش نشانه‌ها و سرعت بیماری ایجاد گردیده است.

از جمله این راهبردها می‌توان به استفاده از داروهای کند‌کننده سیر پیشرفت بیماری، شدت اختلال حافظه و مشکلات رفتاری بیمار( شامل: مهارکننده‌های استیل‌کولین‌استراز- داروهای ضدالتهاب نظیر آسپرین، اندومتاسین، سولینداک ،دیکلوفناک ، داروهای پایین آورندۀ کلسترول و آنتی‌اکسیدان‌ها)، افزایش فعالیت فیزیکی و ورزش ، تعاملات اجتماعی ،رژیم غذایی سالم ،خواب‌کافی ،کنترل استرس و حفظ پویایی‌ذهن با یادگیری مسائل تازه و تمرین حفظ کردن اشاره نمود.

با توجه به عدم قطعی بودن درمان‌های مذکور تلاش‌های فراوانی در جهت افزایش اثربخشی این درمان‌ها و همچنین یافتن درمان‌های نوین با کارایی بیشتر انجام گرفته است. در میان تمام روش‌های درمانی نوین ، استفاده از سلولهای‌بنیادی و اگزوزوم‌های آنها از مزیت‌های قابل توجهی برای مقابله با آلزایمر و سایر اختلالات و بیماری‌های عصبی برخوردار است. البته تا به امروز، فن‌آوری استفاده از سلول‌های‌بنیادی و اگزوزوم‌ها تنها در مراحل تکمیلی خود است و افق روشنی را جهت درمان این بیماری در آینده پیش روی محققان گشوده است.

▪ روش‌های درمانی آلزایمر مبتنی بر سلول‌های بنیادی :

سلول‌های بنیادی، سلول‌های تخصص نیافته با قابلیت تکثیر و تمایز به انواع سلول‌ها می‌باشند. این سلول‌ها به دنبال آسیب در بازسازی و ترمیم بافت‌های گوناگون بدن نقش داشته و قابلیت پیوند به بافت‌های آسیب دیده را دارند. تحقیق روی این سلول‌ها به یافتن راه‌هایی برای استفادۀ بالقوه از آنها در درمان اختلالات عصبی متعدد منجر شده‌است و افقی گسترده در راهبرد سلول درمانی بیماری‌ها و آسیب‌های سیستم عصبی برای محققان فراهم کرده‌است. به‌عنوان نمونه، پژوهش‌ها حاکی از آن است که پیوند سلول‌های بنیادی مزانشیمی سبب کاهش رسوب آمیلوئید بتا می‌شود و به بهبود حافظه و کاهش آسیب‌شناسی حاصل از آلزایمر در مدل موش آلزایمری کمک می‌نماید. همچنین در مطالعه‌ای دیگر، این سلول‌ها به مغز موش آلزایمری پیوند شده و سبب بهبود سطح کولینرژیک و عملکردهای شناختی و حرکتی و تنظیم فعالیت میکروگلیا در بافت مغز مدل آلزایمری شده‌اند . درحقیقت این موضوع قابل بیان است که سلول‌های بنیادی دارای توان تمایز به انواع نورون‌ها بوده و همچنین با ترشح فاکتورهای رشد نورون‌ها را از آسیب سلولی حفظ می‌نمایند. این قابلیت‌های ویژه سبب می‌شود تا سلول درمانی به‌عنوان یکی از بهترین روش‌ها برای درمان بافت‌ها و سلول‌های آسیب دیده عصبی مورد استفاده قرار گیرد. از میان تمام سلول‌های بنیادی، سلول‌های بنیادی مزانشیمی، به دلایلی سلول‌هایی بسیار کاربردی و با اهمیت در حوزه پزشکی بازساختی محسوب می‌شوند. از جمله این دلایل می‌توان به مواردی از قبیل خاصیت توان تمایزی آنها به انواع سلول‌های رده مزودرمی و همچنین سایر رده‌های سلولی، خاصیت ایمونومودولاتوری، تومورزایی کم و پاسخ ایمنی پایین، استخراج با مشکلات اخلاقی کمتر نسبت به انواع دیگر و رشد و تکثیر آسان در شرایط آزمایشگاهی اشاره نمود.

یکی از سازوکارهای اساسی فعالیت سلول‌های بنیادی مزانشیمی ، انتشار وزیکولهای خارج سلول به‌ویژه اگزوزومها است.این وزیکول‌ها حاوی فاکتورهای سیستم ایمنی می‌باشند که می‌توانند از سدخونی‌مغزی نیز بگذرند. از آنجا که التهاب نورون‌های عصبی به افزایش سرعت روند پیشرفت بیماری آلزایمر کمک می‌کند،به‌همین منظور هدف قرار دادن سلول‌های ایمنی ذاتی مغز به عنوان یک راهکار درمانی برای کاهش سرعت پیشرفت بیماری پیشنهاد شده‌است.

سلول‌های بنیادی‌ مزانشیمی به‌دلیل اینکه تعدیل‌کننده سیستم ایمنی می‌باشند، می‌توانند در این زمینه موثر باشند.از سوی دیگر استفاده از اگزوزم‌های مشتق شده از این سلول‌ها با نقش حفاظت‌کننده عصبی و ضدالتهابی در این درمان مورد توجه قرار می‌گیرند.

▪ اگزوزوم‌‍‌ها و روش‌های استفاده از آن‌ها:

براساس مطالعات جدید، سلول‌ها حاوی نانوذراتی به نام اگزوزوم هستند که نقش به‌سزایی در سیگنالینگ میان سلولی داشته و در دیگر فعالیت‌های زیستی از قبیل پاسخ ایمنی، التهاب، رگزایی، انعقادخونی و ... نیز حضور دارند. البته تحقیقات اخیر به نقش این نانوذرات به عنوان نشانگرهای زیستی موثر در تشخیص بیماری‌های گوناگون نیز اشاره نموده‌اند. به گونه‌ای که حتی تعداد زیادی از تحقیقات نشان داده‌اند که اگزوزوم‌ها می‌توانند به تشخیص بیماری آلزایمر در مراحل ابتدایی و پیش از ظهور نشانه‌ها نیز کمک نمایند.

در تعریفی دیگر، اگزوزوم‌ها وزیکول‌های درون سلولی با اندازه نانومتری(40-100 نانومتر) حاوی پروتئین‌ها، فاکتورهای رشد، miRNAها و mRNAها می‌باشند که توسط سلول به فضاهای خارج سلولی ترشح می‌گردند. به عبارتی دیگر این وزیکول‌ها در مایعات سلولی از جمله خون، سرم، ادرار و ... یافت می‌شوند. طبق بررسی‌های متعدد، اگزوزوم‌ها به‌علت ویژگی‌هایی از جمله عدم تحریک سیستم ایمنی، دارابودن گیرنده اختصاصی و توان عبور از غشا و سد خونی- مغزی و همچنین قابلیت مهندسی شدن به‌عنوان حامل دارو می‌توانند در درمان بیماری‌های مختلف موثر باشند. این نکته نیز حائز اهمیت است که اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های متفاوت دارای محتویات متفاوتی بوده و درنتیجه اثرات درمانی متفاوتی دارند.

امروزه اهمیت اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های بنیادی مزانشیمی به‌خوبی شناخته شده‌است. به صورتی که این نوع از اگزوزوم‌ها همانند سلول‌های منشا خود دارای خواص ایمونومدولاتوری و ایمونوساپرسوری بوده و در ترمیم سلول‌های عصبی و یا روند درمان بیماری‌های عصبی از جمله آلزایمر موثر هستند. از طرفی دیگر، عملکرد اگزوزم‌ها در پیری، ایجاد مجدد ارتباط میان سلول‌های الیگودندرسیت و نورون‌ها به‌واسطه انتقال پروتئین‌های حفاظتی، miRNA و mRNA به آکسون، نقش در تمایز نورون‌های هیپوکمپ و کورتیکال وحفظ نورون‌ها از مرگ، همگی سبب ایجاد تفکر استفاده از اگزوزوم‌ها در درمان بیماری آلزایمر شده‌است.

از سویی دیگر، طبق تحقیقات اخیر، تزریق اگزوزوم‌های حاویmiR-29b (که در بیماران آلزایمری کاهش آن مشاهده شده‌است) می‌تواند در درمان آلزایمر و ترمیم عملکرد یادگیری هیپوکامپ موثر باشد. این امر یک راه‌کار جدید برای تجویز اگزوزوم‌های مهندسی شده جهت جلوگیری از نقص حافظه در مدل AD ناشی از تجمع پپتیدهای بتا آمیلوئیدی است. همچنین اگزوزوم‌ها را به‌علت ویژگی‌های منحصربفردی که دارند می‌توان مهندسی کرده و انواعی از داروها را در آنها بارگزاری نمود و از آن‌ها به عنوان یک ابزار مناسب برای درمان آلزایمر استفاده کرد.

به طور کلی شیوۀ عملکرد اگزوزوم‌ها به این شکل است که سیگنال‌های تحریکی و مهاری را به سلول‌های هدف منتقل نموده و درنهایت سبب بازبرنامه‌ریزی ژنتیکی و یا تغییرات فنوتیپی در سلول مورد نظر می‌شوند. جهت مطالعه و استفاده کاربردی اگزوزومها از تکنیک‌های سنتی مانند فیلتراسیون ، استخراج با استفاده از دانه‌های سیستم ایمنی، جداسازی رسوب پلیمری و تکنیک‌های کروماتوگرافی مایع می‌توان استفاده نمود.اما، به دلیل محدودیت‌هایی که روش‌های جداسازی سنتی برای استخراج اگزوزوم از نمونه‌های انسانی دارند ، روش‌های جدیدی در سالهای اخیر توسعه یافته است که از جمله آنها می‌توان تکنولوژی اولتراسانتریفیوژ، دستگاه میکروفلوئیدی دو فیلتراسیونی،پراکندگی پیشرفته نانوپلاسمون،جداسازی اگزوزوم به‌واسطه غشا و جداسازی اگزوزوم بر روی تراشه را نام برد. در مورد شیوۀ انتقال اگزوزوم برای درمان نیز روش‌های متفاوتی شامل انتقال داخل رگی و روش استنشاقی و یا انتقال از طریق مسیر بویایی وجود دارد.

▪ روش استنشاقی یا تزریق داخل بینی جهت انتقال اگزوزوم‌ها:

از میان روش‌های انتقال، روش استنشاقی ، تزریق داخل بینی و یا به‌عبارتی انتقال اگزوزوم از مسیر بینی به داخل مغز روشی بسیار نوآورانه تلقی شده‌است. از آنجاکه روش تزریق داخل بینی ، روشی غیر تهاجمی و آسان‌تر نسبت به سایر مسیرهای انتقالی است این روش برای درمان بیماری‌آلزایمر از طریق اگزوزوم‌ها مناسب‌ترین گزینه می‌باشد.

در روش استنشاقی از تجهیزات نوینی چون نبولایزر (nebulizer)، افشانه‌های تنفسی با دوز معین (Metered dose inhalers(MDIs و افشانه‌های تنفسی با پودر جامد (Dry powder inhalers (DPIs استفاده می‌گردد.

حامل‏های اگزوزومی به شکل پراکندگی کلوییدی در نبولایزر یا به شکل جامد در MDI و DPI قرار می‌گیرند. در نبولایزر هوا با سرعت بالا و فشار به محلول یا سوسپانسیون ذخیره شده در محفظه برخورد کرده و آن‌را به ذرات ریز تبدیل می‏کند. سپس با انتقال وکتور مهندسی و فرموله شده از طریق بینی، دارو علاوه بر پایداری، امکان استفادۀ آسان‏تر را نیز برای بیمار فراهم می‏‌کند.

به طورکلی روش انتقال از بینی به مغز روشی با ریسک کمتر برای انتقال اگزوزوم‌های مهندسی شده به مغز است که سبب از بین‌بردن پلاک‌های اخلالگر ارتباط میان سلول‌های عصبی، تنظیم سیستم ایمنی و کاهش التهاب شده و بهبودی را برای بیماران به ارمغان می‌آورد.

از سوی دیگر می‌توان گفت غیرتهاجمی‌بودن و انتقال سریع و راحت،میانبری برای عبور از سد خونی-مغزی، کاهش عوارض جانبی سیستمیک، افزایش جذب دارو و مواد انتقال دهنده به دلیل وجود عروق خونی غنی و نفوذ پذیری بالای مخاط بینی و جلوگیری از تخریب در دستگاه گوارش واز بین رفتن "اولین پاس" کبدی از جمله مزایای این نوع انتقال می‌باشند.

اما این روش معایبی نیز دارد که می‌توان به متفاوت بودن غلظت قابل دستیابی هرماده در مناطق مختلف مغز و نخاع,کاهش سرعت انتقال با افزایش وزن مولکولی دارو،تخریب جزئی مخاط بینی یا آسیب‌مخاطی(به عنوان نمونه عفونت) به دلیل استفاده مکرر از این مسیر اشاره نمود که این مشکلات را می‌توان با تمرکز بر روی مواد تحریک زیستی و تقویت‌کننده‌های جذب در فرمولاسیون حل نمود.

• دکتربابک ارجمند، مرکزتحقیقات سلول درمانی و پزشکی بازساختی، پژوهشگاه علوم‌غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران ، مرکز تحقیقات متابولومیکس و ژنومیکس،پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران
•سپیده علوی مقدم ، مرکزتحقیقات سلول درمانی و پزشکی بازساختی، پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران
•سمانه صفرخانلو، مرکزتحقیقات سلول درمانی و پزشکی بازساختی، پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران
•فرناز طالبی، مرکز تحقیقات متابولومیکس و ژنومیکس، پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران
•دکتر باقر لاریجانی،مرکز تحقیقات غدد و متابولیسم، پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران