یک دهه پیش، یک دانشمند رویاگرا با کشف چگونگی تبدیل سلول‌های بالغ، مثل سلول‌های پوست، به سلول‌های بنیادی با استفاده از ۴ ژن، تحولی را در مطالعات زیستی ایجاد کرد. این دستاورد برجسته منجر به تولید سلول‌هایی موسوم به سلول های بنیادی چندتوان القاشده (iPSCs) شد که نهایتا Shinya Yamanaka را برنده جایزه نوبل پزشکی ۲۰۱۲ کرد.
به لطف نوآوری Yamanaka، دهه گذشته شاهد پیشرفت‌های بارزی در زمینه زیست‌شناسی، مدل‌سازی بیماری، کشف دارو، پزشکی شخصی و پزشکی ترمیمی بوده‌است. علاوه بر آن در سال ۲۰۱۴، اولین کارآزمایی بالینی با استفاده از سلول های بنیادی چندتوان القاشده خود فرد انجام گرفت که دریچه‌های جدیدی را برای کاربردهای درمانی تکنولوژی باز می‌کند.
Yamanaka و Takahashi جست‌وجوی خود را با مطالعه سلول‌های بنیادی جنینی آغاز کزدند، به امید اینکه ژن‌هایی را که زمینه‌ساز ویژگی‌های اصلی سلول‌های بنیادی مانند چندتوانه بودن و قدرت تکثیر بودند، شناسایی کنند. محققان ۲۴ فاکتور باالقوه مسئول برنامه‌ریزی مجدد را شناسایی کردند، پروتئین‌هایی که مسئول روشن و خاموش کردن ژن‌ها هستند. سپس، محققان فاکتورهای موردنظر را در سلول‌های پوست موش تزریق کردند تا آزمایش کنند که آیا می‌توانند چندتوانی را القا کنند. هیچ یک از فاکتورها به تنهایی برای تغییر سلول‌ها کافی نبود ولی ترکیبی از همه آن‌ها جواب داد و سلول‌های پوست را به سلول‌های بنیادی تبدیل کرد. محققان آخرین سری ازمایش‌های خود را انجام دادند تا لیست فاکتورهای بازبرنامه‌نویس را به تعدادی از موارد بسیار مهم و ضروری محدود کنند: OCT3/4، SOX2، KLF4 و MYC. این چهار ژن با نام فاکتورهای Yamanaka یا OSKM شناخته می‌شوند.
در فرآیندهای بازبرنامه‌نویسی چندین گام وجود دارد. اول، ژن‌هایی که مسئول ایجاد خصوصیت‌های سلول‌های پوستی هستند، مهار می‌شوند. سپس محققان باید ژن‌هایی را که مسئول چندتوانی هستند را باید فعال کنند؛ در اخر ژن‌های مختص‌بافتی باید مهار شوند تا از سیر سلول‌های بنیادی به سمت تبدیل به سلول‌های اندامی بالغ‌تر جلوگیری به عمل آید. OSKM با اتصال به نقاط حیاتی ژنوم عمل می‌کند، مثلا اتصال به ژن‌هایی که به شناسایی سلول کمک می‌کنند یا چندتوانی را افزایش می‌دهند. فاکتورهای بازبرنامه‌نویس هم مطابق با آن‌ها بیان ژن‌ها را روشن یاخاموش می‌کنند.
بعد از تولید موفقیت‌آمیز سلول های بنیادی چندتوان القاشده در موش‌ها، Yamanaka و Takahashi جست‌وجوی مشابهی را برای یافتن فاکتورهای بازبرنامه‌نویس اغاز کردند تا بتوانند سلول های بنیادی چندتوان القاشده انسانی را بسازند. به طور شگفت‌انگیزی، همان ۴ ژن کشف‌شده در موش‌ها توانست سلول‌های پوستی انسان را به سلول‌های بنیادی تبدیل کند. هر دو دانشمند مطالعه خود را در انستیتو Gladstone و در مرکز مطالعه و کاربرد سلول های بنیادی چندتوان القاشده واقع در ژاپن، ادامه دادند.
از زمان اکتشاف اولیه، محققان کارهای Yamanaka و Takahashi را با شناسایی فاکتورهایی که می‌توانند با اضافه و یا جایگزین شدن تبدیل به سلول های بنیادی چندتوان القاشده را تقویت کنند، توسعه داده‌اند. برای مثال، بازبرنامه‌نویسی سلولی یک فرایند غیرموثر است چون بسیاری از منطق هدف بر روی ژنوم با پروتئین‌های دیگر پوشانده شده‌است، که مانع اتصال فاکتورهای بازبرنامه‌نویس می‌شوند. با ادامه تحقسق توسط Yamanaka و همکارانش مشخص شد که مواد دیگری مثل ویتامین C می‌توانند این پروتئین‌های پوشاننده ژنوم‌ها را کنار بزنند و به فاکتورها اجازه بدهند تا به راحتی متصل شوند.
بقیه دانشمندان، که شامل کارکنان انستیتو Gladstone هم می‌شود، پیشگام توسعه تکنولوژی مرتبط با این مطالعه به نام بازبرنامه‌نویسی سلولی مستقیم شدند. در این روش، سلول‌های پوستی به طور مستقیم به سلول‌های مغزی، کبدی یا پانکراسی تبدیل می‌شوند، بدون اینکه در وهله اول به سلول‌های بنیادی تبدیل شوند. این متود باعث شد تا تکثیر سلولی موثرتر و قابل‌اندازه‌گیری‌تر باشد. از همه مهم‌تر، از تشکیل سلول‌های سرطانی جلوگیری می‌کند که معمولا از واسطه‌های سلول‌های بنیادی منشا می‌گیرند. علاوه بر آن، بازبرنامه‌نویسی سلولی مستقیم توانایی بالقوه بیمار را در بازبرنامه‌نویسی افزایش می‌دهد تا در یک پتری دیش. برای مثال، مدیر انستیتو بیماری‌های قلب و عروق Gladstone، دکتر Deepak Srivastava معتقد است که روزی فرا می‌رسد که با استفاده از بازبرنامه‌نویسی سلولی بتواند سلول‌های اسیب‌دیده قلبی بیمارانی را که دچار حمله قلبی شده‌اند، به سلول‌های تپنده تبدیل کند.
ورای بهبود فرآیندهای بازبرنامه‌نویسی، مطالعه جاری بر روی کاربرد سلول های بنیادی چندتوان القاشده در حیطه مطالعه بیماری‌ها و کشف داروها متمرکز است. در مدل‌های حیوانی بیماری، از سلول های بنیادی چندتوان القاشده برای درمان کم‌خونی داسی‌شکل، پارکینسون، دیابت، جراحت‌های نخاعی و نارسایی‌های قلبی استفاده‌شد.علاوه بر موارد مذکور سلول های بنیادی چندتوان القاشده موجب پیشرفت‌هایی در عرصه پزشکی شخصی شده‌اند، به طوریکه به محققان این امکان را داده‌اند که داروهارا بر روی سلول‌های مغزی و قلبی یک بیمار ازمایش کنند؛ سلول‌هایی که از سلول‌های پوست حودشان بدست آمده و همان جهش‌های ژنتیکی را دارند. این “کارآزمایی‌های بالینی واقع در دیش” موجب پیشرفت‌هایی در درمان بیماری‌های ژنتیکی نظیر هانتینگتون، پارکینسون، اسکلروز جانبی آمیوتروفیک و انواع بیماری‌های قلبی شده‌اند.
در ادامه راه درمان به وسیله سلول‌های بنیادی، اولین کارآزمایی بالینی به‌وسیله سلول‌های بنیادی توسط Masayo Takahashi از RIKEN انجام گرفت. تیم Takahashi سلول‌های شبکیه ساخته‌شده از سلول‌های پوستی بیمار را به چشم‌او پیوند زد تا دژنراسیون ماکولای او را درمان کند. اولین جراحی با موفقیت به پایان رسید و بیمار هیچ‌اثری از عوارض جانبی را نداشته‌است.
Yamanaka می‌گوید:
ما امیدواریم که کارآزمایی‌های پیشروی درمان مبتنی بر سلول های بنیادی چندتوان القاشده به همراه مطالعات پایه متمرکز بر بدست آوردن جزئیات بیشتر از بینش‌های مولکولی فرآیندهای بازبرنامه‌نویسی سلولی، پتانسیل کامل سلول های بنیادی چندتوان القاشده را آشکار خواهد شاخت.
