سلول های بنیادی خون ساز (Hematopoietic Stem Cells یا HSCs) جمعیت نادری (حدود ۰٫۰۱-۰٫۰۵٪ سلول‌های مغز استخوان) با قابلیت خودنوسازی و تمایز چند رده ای هستند که مسئول خونسازی در تمام طول عمر پستانداران می‌باشند. درک عمیق زیست‌شناسی این سلول‌ها نه تنها اساس علوم هماتولوژی و ایمونولوژی است، بلکه پایه تشخیص و درمان بیماری‌های بدخیم و غیربدخیم خونی را تشکیل می‌دهد. این مقاله با رویکردی تخصصی و آزمایشگاهی، به بررسی جامع ویژگی‌های سلولی و مولکولی HSCs، روش‌های شناسایی و جداسازی پیشرفته، ارزیابی عملکرد در شرایط In Vitro و In Vivo، و کاربردهای حیاتی آن در بالین می‌پردازد. هدف، ارائه مرجعی کاربردی برای متخصصان آزمایشگاهی است که در فرآیندهای تشخیصی، مانیتورینگ درمانی و تحقیقات مرتبط با سلول‌های بنیادی نقش دارند.

سیستم خون‌ساز یکی از پیچیده‌ترین و پویاترین سیستم‌های بدن انسان است که روزانه حدود ۱۰¹¹ سلول جدید تولید می‌کند تا جایگزین سلول‌های پیر شده و مرده شود. این سیستم سلسله مراتبی دقیقی دارد که در رأس آن سلول های بنیادی خونساز (HSCs) قرار گرفته‌اند. اهمیت مطالعه HSCs در علوم آزمایشگاهی چندوجهی است:

از نظر تشخیصی: ناهنجاری‌های عملکردی یا مولکولی HSCs می‌تواند منجر به طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها شود:

• کم‌خونی آپلاستیک (Aplastic Anemia) (ناتوانی در تولید سلول‌های خونی)
• سندرم‌های میلودیسپلاستیک (Myelodysplastic Syndromes – MDS) (اختلال در تمایز)
• لوسمی‌های حاد و مزمن (Acute/Chronic Leukemia) (تکثیر کنترل‌نشده و بلوغ‌نیافته)
• نقایص اولیه ایمنی (Primary Immunodeficiency)

از نظر درمانی: پیوند سلول‌های بنیادی خونساز (Hematopoietic Stem Cell Transplantation – HSCT) تنها درمان قطعی برای بسیاری از بیماری‌های فوق و نیز تومورهای بدخیم مقاوم به درمان است.

از نظر تحقیقاتی: HSCs مدلی کلاسیک برای مطالعه مبانی زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، از جمله مکانیسم‌های خودنوسازی، تمایز، مهاجرت، و برهمکنش با ریزمحیط (نیچ) است.

شناخت دقیق نشانگرهای سطحی، فیزیولوژی و نیازهای کشت HSCs برای متخصص علوم آزمایشگاهی که مستقیم با پردازش، جداسازی، انجماد و ارزیابی نمونه‌های پیوندی سروکار دارد، یک ضرورت بالینی (clinical necessity) است.

۲.۱. تکوین جنینی (Embryogenesis) و مهاجرت (Migration)

مسیر تکوینی HSCs در جنین انسان یک فرآیند پویا و مرحله‌ای است که از خارج از جنین آغاز می‌شود:

1. مرحله کیسه زرده (Yolk Sac) (هفته ۲-۳ حاملگی): پیش‌سازهای اولیه خونساز (متعلق به رده پریمیتیو – primitive hematopoiesis) در جزایر خونساز کیسه زرده تشکیل می‌شوند. این سلول‌ها عمدتاً برای خونسازی جنینی ضروری هستند و پتانسیل محدودی دارند.
2. مرحله AGM (Aorta-Gonad-Mesonephros) (هفته ۴-۵): این مرحله کلیدی است. در ناحیه AGM، از سلول‌های اندوتلیال آئورت (فرآیندی به نام هماتوژنز اندوتلیال – endothelial-to-hematopoietic transition) HSCs با پتانسیل کامل (تعریف‌شده با توانایی پیوند طولانی‌مدت – long-term engraftment capacity) ایجاد می‌شوند. نشانگرهای کلیدی این مرحله شامل Runx1 و GATA2 است.
3. مهاجرت به کبد جنین (Fetal Liver) (از هفته ۶): HSCs به کبد جنین مهاجرت می‌کنند که تا زمان تولد به عنوان اندام خونساز اصلی عمل می‌کند. در این مرحله HSCs به سرعت تکثیر می‌یابند.
4. مهاجرت نهایی به مغز استخوان (Bone Marrow) (از ماه چهارم حاملگی): در اواخر حاملگی، HSCs شروع به استقرار در حفره‌های مغز استخوان می‌کنند. پس از تولد، مغز استخوان تنها محل خونسازی طبیعی (the only natural hematopoietic site) است.

۲.۲. سلسله مراتب (هیرارشی – Hierarchy) خونسازی

HSCs در راس یک سلسله مراتب انشعابی قرار دارد:

• سلول بنیادی خونساز (HSC): خودنوساز (self-renewing) و چندتوان (multipotent).
• پیش‌ساز چندتوان (Multipotent Progenitor – MPP): خودنوسازی محدود، اما هنوز چندتوان.
• پیش‌سازهای اختصاصی رده (CLP و CMP):
  • CLP (Common Lymphoid Progenitor): مولد لنفوسیت‌های B، T و NK.
  • CMP (Common Myeloid Progenitor): منشأ MEP (مگاکاریوسیت/اریتروئید – platelets & RBCs) و GMP (گرانولوسیت/مونوسیت).

این هیرارشی امروزه به مدل شبکه‌ای‌تر “چارسکوم زمین‌چهر” (Landscape model) نزدیک می‌شود که مسیرهای تمایزی سیال‌تر و تحت تأثیر سیگنال‌های محیطی هستند.

۲.۳. ریزمحیط (نیچ – Niche) مغز استخوان

HSCs در نیچ تخصصی مغز استخوان زندگی می‌کنند که برای حفظ ویژگی بنیادگی آنها حیاتی است. اجزای اصلی نیچ شامل:

• سلول‌های استرومایی (stromal cells): استئوبلاست‌ها (endosteal region)، سلول‌های مزانشیمی (MSCs)، آدیپوسیت‌ها.
• سلول‌های اندوتلیال سینوسی: مسیر ورود/خروج از گردش خون.
• ماتریکس خارج سلولی (ECM): فیبرونکتین، کلاژن، هیالورونان.
• سیگنال‌های مولکولی: SCF (Stem Cell Factor – kit ligand)، CXCL12 (SDF-1)/CXCR4، THPO (Thrombopoietin/MPL)، Ang-1، Wnt، Notch، Hedgehog.
• عصبی و متابولیک: اعصاب سمپاتیک و شرایط هیپوکسیک که از طریق HIF-1α عمل می‌کنند.

۲.۴. حالت ساکن (کوئیسانس – Quiescence) و خودنوسازی (Self-Renewal)

حدود ۷۵-۹۰٪ HSCs بالغ در فاز G0 چرخه سلولی (کوئیسانس) به سر می‌برند. این حالت از انباشت آسیب ژنتیکی و پیری زودرس جلوگیری می‌کند و پتانسیل تکثیر طولانی‌مدت را حفظ می‌نماید. خودنوسازی تحت کنترل فاکتورهای رونویسی (RUNX1, HOXB4, ERG, MLL)، مسیرهای سیگنالینگ و تنظیم‌کننده‌های اپی‌ژنتیک است.

۳.۱. فلوسایتومتری چندپارامتری و پانل‌های نشانگری

جداسازی HSCs خالص سنگ‌بناي تمام تحقیقات و بسیاری از کاربردهای بالینی است.

HSCs انسانی:

• پانل کلاسیک: CD34+ CD38- CD90+ (Thy1) CD45RA- Lin- (Lin شامل CD2, CD3, CD11b, CD14, CD15, CD16, CD19, CD56, CD235a).
• پانل‌های پیشرفته: اضافه کردن نشانگرهای منفی مانند CD49f، CD133، یا EPCR (CD201) برای افزایش خلوص. سلول‌های CD34+ CD38- CD45RA- CD90+ CD49f+ بالاترین پتانسیل پیوند طولانی‌مدت را دارند.
• امروزه اکثر مراکز پیشرفته دنیا از پانل ۱۰–۱۲ رنگ (10–12 color panels) استفاده می‌کنند که شامل CD34⁺ CD38⁻ CD45RA⁻ CD90⁺ CD49f⁻/low (یا CD49f⁺ برای LT-HSC) + EPCR⁺ + CD133⁻/low است. می‌توانید این را به‌عنوان «پانل نسل جدید ۲۰۲۴–۲۰۲۵ (Next-Generation HSC Panel 2024–2025)» اضافه کنید.

۳.۲. تکنیک‌های جداسازی غیرفلورسانسی

• مغناطیسی (MACS): روشی سریع و با خلوص خوب برای جداسازی جمعیت‌های غنی از CD34+ برای کاربردهای بالینی.
• بر اساس ویژگی‌های فیزیکی: اندازه سلول و چگالی؛ روش‌هایی مانند Ficoll-Hypaque برای جداسازی MNCs کاربردی باقی مانده‌اند.

۴.۱. آزمون‌های In Vitro (در محیط کشت)

کشت لانگ‌ترم (LTC-IC):

اصل روش: کشت سلول‌های مورد آزمون بر روی یک لایه تغذیه‌کننده (فیبروبلاست استرومایی مغز استخوان یا خط سلولی MS-5) به مدت ۵-۸ هفته. HSCs قادر به ایجاد و حفظ کانون‌های خونساز در این لایه هستند.

روش قرائت: پس از ۵-۸ هفته، سلول‌های کل کشت جمع‌آوری و در متیل‌سلولوز نیمه‌جامد کشت داده می‌شوند تا کلونی‌های پیش‌ساز (CFU) شمارش شوند.

آزمون CFU: سلول‌ها در محیط نیمه‌جامد با سیتوکین‌های SCF, EPO, GM-CSF, IL-3, TPO کشت داده می‌شوند و پس از ۱۴-۱۶ روز کلونی‌ها شمرده می‌شوند.

۴.۲. آزمون In Vivo: آزمون طلایی پیوند (Transplantation Assay)

اصل کار: تزریق سلول‌ها به موش‌های میزبان تخلیه‌شده از مغز استخوان و مانیتورینگ engraftment کوتاه‌مدت و بلندمدت. پیوند ثانویه قوی‌ترین شاهد خودنوسازی HSCs است.

۵.۱. پیوند سلول های بنیادی خون ساز (HSCT)

منابع سلولی و پردازش آزمایشگاهی:

1. مغز استخوان (Bone Marrow – BM): آسپیره شده از ایلیاک کرست؛ فیلتراسیون، جداسازی MNCs، شمارش و تست‌های میکروبیولوژیک.
2. خون محیطی (Peripheral Blood Stem Cells – PBSC): پس از تحریک با G-CSF؛ آفرز (Apheresis)، شمارش CD34+ و cryopreservation.
3. خون بند ناف (Cord Blood – CB): پردازش، کاهش حجم، انجماد در نیتروژن مایع و تست‌های عفونی/HLA.

۵.۲. نقش آزمایشگاه در HLA Typing و Chimerism Analysis

تکنیک‌ها شامل PCR-SSP, PCR-SSO و NGS برای HLA؛ ردیابی پیوند با STR-PCR، فلوسایتومتری یا FISH است.

۵.۳. بیماری‌زایی و تشخیص آزمایشگاهی

LSCها (Leukemic Stem Cells) در AML قواعد مهمی برای پیش‌آگهی دارند (مثلاً پانل CD34+ CD38- CD123+).

۵.۴. ژن‌تراپی و سلول‌درمانی (Gene Therapy & Cell Therapy)

HSCs بیمار جداشده، ویرایش یا ترانسداکشن می‌شوند و پس از کنترل کیفیت به بیمار بازگردانده می‌شوند. آزمایشگاه در تمام مراحل نقش حیاتی دارد.

بزرگ‌نمایی HSCs در کشت (HSC expansion in culture): چالش اصلی حفظ خودنوسازی در حین تکثیر. ترکیبی از سیتوکین‌ها (SCF, TPO, FLT3-L)، مولکول‌های کوچک (UM171، SR1)، و کشت بر روی استرومای مصنوعی یا در بیورآکتورهای سه‌بعدی در حال مطالعه است.

نیچ مصنوعی، HSCs و پیری، تک‌سلولی‌شناسی (Single-Cell RNA-Seq, CyTOF) و متابولیسم HSCs از دیگر جهات مهم تحقیقاتی هستند.

سلول‌های بنیادی خونساز محور اصلی خونسازی، تشخیص بیماری‌های خونی و درمان‌های پیشرفته مانند پیوند و ژن‌تراپی هستند. برای دانشجوی و متخصص علوم آزمایشگاهی، فراتر از شناخت تئوری، تسلط عملی بر فلوسایتومتری پیشرفته، تکنیک‌های کشت سلولی تخصصی، روش‌های مولکولی ردیابی پیوند، و پروتکل‌های پردازش و نگهداری سلول یک مهارت حیاتی محسوب می‌شود. آینده پزشکی شخصی‌شده و درمان‌های ریشه‌کن‌کننده بیماری‌های خونی، در گرو دقت، تخصص و نوآوری در آزمایشگاه‌های سلولی و مولکولی است. بنابراین، پژوهش و آموزش مداوم در این حوزه برای ارتقای سطح کیفی خدمات تشخیصی و درمانی ضرورتی انکارناپذیر است.