کشف جدید: گلبول‌های قرمز انسان می‌توانند بدون «مرکز فرماندهی» تشکیل شوند؛ فرضیه ۷۰ ساله فیزیولوژی رد شد.

بدن انسان در هر ثانیه، حدود ۲.۴ میلیون گلبول قرمز جدید تولید می‌کند؛ فرآیندی بی‌وقفه و حیاتی. برای بیش از شش دهه، کتاب‌های درسی زیست‌شناسی آموزش می‌دادند که این خط تولید میکروسکوپی به یک سلسله مراتب سخت و غیرقابل مذاکره در عمق مغز استخوان متکی است.[1]

در مرکز این مدل تثبیت‌شده، «جزیره اریتروبلاستیک» قرار دارد؛ ساختار سلولی که اولین بار در سال ۱۹۵۸ زیر میکروسکوپ‌های الکترونی شناسایی شد. کتاب‌های درسی این جزیره را به عنوان یک ماکروفاژ مرکزی (یک سلول ایمنی بزرگ که نقش «پرستار» را ایفا می‌کند) توصیف می‌کنند که توسط حلقه‌ای از گلبول‌های قرمز در حال رشد، معروف به اریتروبلاست‌ها، احاطه شده است.[3]

بر اساس دگمای کلاسیک زیست‌شناسی، این ماکروفاژ مرکزی ضروری و غیرقابل جایگزین است. تصور می‌شد که این سلول آهن را به سلول‌های در حال رشد می‌رساند، سیگنال‌های حیاتی بقا را ترشح می‌کند و در نهایت هسته‌ای را که گلبول قرمز باید برای تبدیل شدن به یک دیسک انعطاف‌پذیر حامل اکسیژن خارج کند، می‌بلعد.[3]

اکنون، یک مقاله مهم که در مجله علمی Cell منتشر شده، این فرض بنیادی را از بین برده است. محققان با جداسازی اریتروبلاست‌های انسانی و موشی، نشان دادند که گلبول‌های قرمز دارای سازوکار ذاتی برای بلوغ، هسته‌زدایی (Enucleation) و عملکرد کامل به تنهایی هستند، بدون نیاز به هیچ مرکز ماکروفاژی.[2]

برای جمع‌آوری این مستندات و اثبات خودمختاری سلولی، تیم تحقیقاتی از ردیابی پیشرفته تک‌سلولی و حذف ژنتیکی CRISPR-Cas9 استفاده کردند. آن‌ها به طور سیستماتیک ماکروفاژها را از محیط کشت مغز استخوان حذف کردند؛ اقدامی که طبق پارادایم قدیمی، باید باعث توقف فوری تولید گلبول قرمز می‌شد.[1][2]

در عوض، اریتروبلاست‌های جدا شده به تقسیم و تمایز طبیعی خود ادامه دادند. هنگامی که زمان مرحله حیاتی هسته‌زدایی فرا رسید – یعنی بیرون انداختن هسته‌های خود برای ایجاد فضای کافی برای هموگلوبین – سلول‌ها این مانور فیزیکی پیچیده را در انزوای کامل و بدون نقص انجام دادند.[2]

این مطالعه به نرخ بلوغ تقریباً ۱۰۰ درصدی در محیط آزمایشگاهی (in vitro) بدون حضور مرکز فرماندهی دست یافت؛ امری که اگر ماکروفاژ واقعاً یک سلول پرستار اجباری بود، از نظر آماری غیرممکن بود. هسته‌های خارج شده، به جای بلعیده شدن توسط ماکروفاژ مرکزی، به سادگی در محیط کشت تجزیه شدند یا توسط مکانیسم‌های عمومی پاکسازی از بین رفتند.[1][2]

داده‌های پشتیبان این خودمختاری سلولی پایه بسیار قوی است. مطالعه مجله Cell یافته‌ها را در چندین رده مستقل سلول‌های بنیادی انسانی و مدل‌های موشی اصلاح‌شده ژنتیکی تکرار کرد؛ مدل‌هایی که کاملاً فاقد توانایی تشکیل جزایر اریتروبلاستیک بودند، اما همچنان تعداد گلبول‌های خونی پایه نرمالی داشتند.[2]

با این حال، ابهام شفافی در مورد استرس‌های فیزیولوژیکی باقی می‌ماند. در حالی که ماکروفاژ مرکزی به وضوح برای تولید پایه خون مورد نیاز نیست، متخصصان خون‌شناسی (هماتولوژیست‌ها) فرض می‌کنند که ممکن است به عنوان یک «توربوشارژر اضطراری» عمل کند. در شرایط از دست دادن شدید خون یا هیپوکسی (کمبود اکسیژن) در ارتفاعات بالا، مرکز ماکروفاژ ممکن است تولید را تسریع کند یا انفجارهای موضعی آهن را فراهم کند.[3]

تأثیر فوری و واقعی این کشف در تلاش دشوار برای تولید خون رشدیافته در آزمایشگاه نهفته است. به مدت بیست سال، مهندسان زیستی در تلاش برای تولید انبوه خون مصنوعی با مشکل مواجه بودند، عمدتاً به این دلیل که تصور می‌کردند باید جزایر اریتروبلاستیک پیچیده را در داخل بیوراکتورهای صنعتی بازسازی کنند.[1][4]

کشت مشترک ماکروفاژهای حساس در کنار گلبول‌های قرمز که به سرعت تقسیم می‌شوند، یک کابوس مهندسی است. ماکروفاژها اغلب در مخازن مصنوعی به طور غیرقابل پیش‌بینی رفتار می‌کنند و گاهی بیش از حد فعال شده و همان گلبول‌های قرمزی را که قرار است پرورش دهند، مصرف می‌کنند.[4]

با اثبات اختیاری بودن سلول پرستار، این پیشرفت عملاً مهم‌ترین گلوگاه بیولوژیکی در تولید خون مصنوعی را از بین می‌برد. مهندسان زیستی اکنون می‌توانند به سمت کشت‌های ساده‌تر و تک‌سلولی روی آورند و به این ترتیب، هزینه و پیچیدگی افزایش مقیاس تولید را به شدت کاهش دهند.[1][4]

این رویکرد ساده‌سازی شده می‌تواند در نهایت منجر به تأمین نامحدود خون اهداکننده جهانی با گروه خونی O منفی شود. چنین توانایی تولیدی، سیستم‌های بهداشتی جهانی را از کمبودهای مزمن اهدای خون مصون می‌دارد و خون کاملاً منطبق را برای بیمارانی با گروه‌های خونی نادر که در یافتن اهداکننده مشکل دارند، فراهم می‌کند.[4]

فراتر از تولید، این کشف مستلزم ارزیابی مجدد سندرم‌های مختلف نارسایی مغز استخوان و کم‌خونی‌ها است. اگر گلبول قرمز خودمختار باشد، برخی بیماری‌هایی که قبلاً به محیط «سلول پرستار» معیوب نسبت داده می‌شدند، ممکن است در واقع ناشی از نقص‌های ژنتیکی داخلی در خود اریتروبلاست باشند و مسیرهای جدیدی را برای ژن‌درمانی‌های هدفمند باز کنند.

در نهایت، این کشف گواهی بر خودکفایی فراوان‌ترین سلول بدن انسان است. این یک یادآوری قدرتمند است که حتی ریشه‌دارترین دگم‌های کتاب‌های درسی نیز باید در نهایت تسلیم دقت زیست‌شناسی تک‌سلولی مدرن شوند.[1][2]