مقدمه اي بر آپوپتوز و نکروز

سلول در بدن انسان يک موجود زنده است و رفتارها و ويژگي هايي مانند تمامي موجودات زنده دارد اعم از چسبندگي، تکثير، تغذيه و… . در اين تحقيق در مورد يکي از اين رفتارهاي بسيار پر اهميت يعني مرگ سلولي بحث شده است. مرگ سلولي دو نوع است: آپوپتوز و نکروز.
بسياري از سلول هاي بدن انسان حتي در زمان جنيني و بعد از تولد نيز ممکن است دچار مرگ سلولي بشوند؛ به عنوان مثال در سيستم عصبي بسياري از سلول ها ميميرند. اين چنين مرگ هايي را «برنامه ريزي شده» مينامند چراکه يکي از رفتارهاي طبيعي سلولي است و تأثير آن برروي سيستم مربوطه (به عنوان مثال عصبي) خنثي و سازشپذير است. يکي از اين مرگ هاي برنامه ريزي شده سلولي [PCD) [Programmed Cell Death) که به طور وسيعي بر روي آن مطالعه شده است، آپوپتوسيس (Apoptosis) است. مرگ سلولي که برنامه ريزي شده نباشد و در اثر عوامل غيرطبيعي و بيروني همانند آسيب و عوامل غيرمنتظره رخ دهد، سبب نکروسيس (Necrosis) ميشود.

 تعاريف اوليه
دانستن مکانيسم هاي سلولي و مولکولي آپوپتوز و نکروز براي درک چگونگي عملکرد بافت ها و سيستم هاي مختلف بدن امري ضروري است و اهميت مرگ سلولي مانند ديگر رفتارهاي سلول حائز اهميت بوده و بررسي و شناخت بيشتر و بهتر آنها به درک مسائل و مشکلات پيرامون بيومتريال ها و بافت هاي زنده مي انجامد. از اين رو مطالعه اين مفاهيم بسيار ضروري و کاربردي ميتواند ميباشد.

آپوپتوز
کلمه آپوپتوز کلمهاي يوناني بوده و در فارسي به معناي «برگريزان” است. اين نوع مرگ سلولي، فيزيولوژيکي است و اين رفتار سلولي از دوران جنيني تا بزرگسالي همواره در بدن رخ داده و ميليون ها سلول در هر ساعت آپوپتوز شده و دوباره جايگزين شده اند. آپوپتوز شامل گرد شدن سلول، قطعه قطعه شدن پاهاي کاذب، کاهش حجم سلولي، تراکم کروماتين، تجزيه هستهاي، همراه با تخريب فراساختاري اندامکها در سيتوپالسم پس از تورم غشاي پلاسمايي و هضم توسط فاگوسيت ها است.
فرايند آپوپتوز براي تکامل، ترميم، نوسازي و هموستاز بافتي فرآيندي ضروري است و موجب ميشود تا سلول هاي آسيبديده، اضافي، مضر و پير از بين بروند و سلولهاي نو، تازه و جديدي جاي آنها را ميگيرد. اين رفتار سلولي همانند ساير رفتارهاي طبيعي سلول هاي يک بدن سالم، براي انسان ضروري است و هرگونه اختلال در روند طبيعي اين فرآيند سبب ايجاد عيوب و بيماري هايي در بدن افراد ميشود. درواقع بدن يک فرد سالم قادر است بين سلول هايي که آپوپتوز در آنها رخ ميدهد و سلول هايي که بوجود ميآيند يک تعادل و بالانس برقرار کند و اگر تعداد سلول هاي آپوپتيک از حالت عادي و طبيعي خود کمتر باشند، منجر به بيماري هايي مانند رشد تومور و سرطان و اختلالات خود ايمني شده و اگر تعداد سلولهاي آپوپتيک از حالت نرمال خود بيشتر باشند، سبب ايجاد بيماري هايي مانند کمبود سلول هاي ايمني (ايدز) در بدن ميشود.
عواملي که ميتوانند باعث ايجاد و شروع فرآيند آپوپتوز شوند بسيارند اما موارد زير را ميتوان جزو موارد اصلي و شناخته شده القاي آپوپتوزي (Apoptic Induction)  دانست: 1. آسيب، صدمه يا اختلال مانند مواد سمي و تشعشعات ناشي از شيمي درماني و پارازيتها و … 2. عدم وجود يا کمبود فاکتورهاي رشد و هورمون هاي ضروري سلول 3. مسيرهاي فعالسازي همانند مسير متصل شدن گيرنده و ليگاند 4. سلول هاي T لنفوسيت مرگ (سلولهاي ايمني).
پروسه آپوپتوز حتي از سنين جنيني تا بزرگسالي در بدن افراد رخ داده و در هر ساعت، ميلياردها سلول در بافت هاي بخصوصي مانند روده، پوست، مغز استخوان و … ميميرند و سلول هاي جديدي جاي آنها را ميگيرد که بين اين دو فرآيند بالانس و تعادلي برقرار است وگرنه بدن دچار اختلالات ذکر شده ميشود.

نکروز
پديده نکروز بسيار سريع و درهم بوده که توسط آن، غشاي سلولي پاره و تخريب شده و تمام ارگانلهاي سلولي بيرون ريخته ميشوند. اين نوع مرگ سلولي، پاتولوژيک است و بخشي از رفتار طبيعي سلول نيست بلکه در اثر يک صدمه و آسيب ناگهاني و از پيش تعيين نشده و حاد سبب مرگ، نـکروز و از بينرفتن سلول هـا ميشود. عامل اين صدمات حاد ميتواند ويروسها، مواد شيميايي سمي و خطرناک، ميکروارگانيسم ها و… باشـند. نکروزها را به طور مورفولوژيکي ميتوان به نکروزهاي انعقادي (Coagulative necrosis) آبکي (Liquefactive necrosis) چربي (Fat necrosis) پنيري  (Caseous necrosis) و … دسته بندي و تقسيم کرد.
نکروز بدين صورت است که سلولها و ارگانلهاي داخل آنها متورم (Swell) شده و با ترکيدن و بيرون ريختن مواد داخل سلول به محيط خارج سلولي، سبب ايجاد التهاب و همچنين موجب بروز اختلال و آسيب در سلولهاي همسايه خود ميشوند. مواد ريز و پراکنده حاصل از نکروز همانند آپوپتوز فاگوسيتوز و خورده ميشوند اما پروسه نکروز با بروز التهاب موجب فعال شدن و فراخوانده شدن سلول هاي دفاعي و ايمني ميشود.

تفاوت هاي نکروز و آپوپتوز
طبق تعاريف گفته شده براي دو پروسه آپوپتوز و نکروز، ميتوان نتيجه گرفت که اصليترين تفاوت اين دو، در پاره و تخريب نشدن غشاي سلولي و بيرون نريختن ارگانلهاي سلول به داخل محيط خارج بدن يا همان ECM است. آپوپتوز يک فعاليت سلولي طبيعي سلول ها و به شدت تنظيم شده و برخلاف نکروز که فعاليتي پاتولوژيک است، اغلب فيزيولوژيک است، به سرعت روي ميدهد و اجسام آپوپتوزي کوچک غشاداري ايجاد ميکند که بهسرعت توسط سلول هاي مجاور يا ماکروفاژهاي مخصوص برداشت خردهريز، تحت فاگوسيتوز قرار ميگيرند. برخلاف سلول هايي که براثر يک آسيب اتفاقي دستخوش نکروز ميشوند، سلول هاي آپوپتوزي پاره نميشوند و هيچ يک از محتوياتشان را آزاد نميکنند. اين تفاوت بسيار حائز اهميت است، زيرا آزادي اجزاي سلولي موجب پيدايش مجموعه اي پرسرعت از واکنشهاي موضعي و مهاجرت لکوسيت ها در يک واکنش دقيق و ساخته و پرداخته به نام پروسه التهابي ميشود. هنگاميکه سلول ها به طور معمول در پي آسيب DNA يا به عنوان بخشي از فرآيند تکوين طبيعي از ميان برداشته ميشوند، واکنش مذکور مورد نظر و مطلوب نيست. بدين ترتيب، اين موارد معمول و روزمره نابودي سلولي به سرعت و بدون هرگونه واکنش و پيامدي از طريق آپوپتوز روي ميدهند.
در تصاوير 1 و 2 و جدول 1 تفاوت هاي اين دو فرآيند مرگ سلولي باهم مقايسه شدهاند.

شکل ۱. مورفولوژی سلولهای آپوپتیک (راست) و نکروتیک (چپ)

شکل ۲. ریخت شناسی سلول های آپوپتیک، سالم و نکروتیک و مواد سلولی درونی آنها

جدول ۱. مقایسه بین دو فرآیند آپوپتوز و نکروز

بر اساس جدول فوق:
1- در آپوپتوز سلول جمع شده و چروک ميخورد درحاليکه در نکروز، سلول متورم و بزرگ ميشود.
2- آپوپتوز سبب حفظ ارگانلها شده و دست نخورده باقي ميمانند درحاليکه در نکروز مواد درون سلولي نيز متورم شده و آسيب ميبينند.
3- نکروز فرآيند غيرفعال است و در غياب ATP اتفاق ميافتد در حالي که فرآيند آپوپتوز فعال و به انرژي وابسته است.
4- غشاي سلولي در اثر نکروز تخريب شده و آسيب ميبيند و سبب آزادشدن محتويات داخل سلولي ميشود اما در اثر آپوپتوز صدمهاي نميبيند و تنها جمع شده و چروک ميخورد.
5- کروماتين موجود در هسته در اثر آپوپتوز متراکم و تکهتکه ميشود ولي در اثر نکروز، هسته و تمام اجزاي سلول از بين ميرود.
6- در بافت، وقوع نکروز همراه با واکنش هاي التهابي است، درحاليکه آپوپتوز بدون التهاب رخ ميدهد.
7- نکروز سلولهاي مجاور خود را نيز از بين ميبرد يا باعث آسيب به آنها ميشود اما آپوپتوز تأثيري منفي برروي سلول هاي اطراف خود ندارد.

تشخيص آپوپتوز و نکروز از يکديگر
در بسياري از مطالعات به خصوص در بررسي اثر داروها در از بين بردن سلول هاي تهاجمي، يا تست کردن ميزان مرگومير در سلولها، تشخيص بين مرگ سلولي آپوپتوز و نکروز مهم است. همچنين استفاده از تفاوت مورفولوژي اين دو به تنهايي نيز براي تفکيک اين دو نوع مرگ از هم کافي نيست. از تفاوت هاي ياد شده در جدول فوق ميتوان به عنوان معيارهايي براي تشخيص اين دو از هم استفاده کرد. همچنين آپوپتوز که يک مکانيسم مرگ سلولي برنامه ريزي شده است، توسط تراکم کروماتين هسته اي، تشکيل واکوئل سيتوپلاسمي و برآمدگي غشاي پلاسما مشخصه يابي ميدهد.

 بررسي مکانيزمهاي آپوپتوز و نکروز

کاسپازها
ميتوان کاسپازها را مسئول اصلي آپوپتوز دانست. کاسپازها از خانواده آنزيم سيستئين پروتئاز بوده که در شروع و اجراي آپوپتوز نقش بسزايي داشته و هنگامي که اين آنزيم ها فعال شوند، سبب شکسته شدن پروتئين ها و زنجيره هاي پپتيدي آنها شده و در نهايت تغييرات مورفولوژيک و بيولوژيک بسياري را در سلول هاي مورد آپوپتوز واقع شده اعمال ميکنند. اين تغييرات باعث چروک و جمع شدن سلول، تکه تکه شدن پروتئينها از جمله DNA، متراکم و تکهتکه شدن کروماتين هسته و … ميشوند. در قسمت تشخيص نکروز و آپوپتوز با يکديگر ميتوان با استفاده از مارکرهايي فعاليت اين کاسپازها را دنبال کرد و نوع مرگ سلول را تشخيص داد چراکه کاسپاز تا حدود زيادي مربوط به آپوپتوز بوده و ميتوان جهت تشخيص آپوپتوز از آن بهره برد.
دو مشخصه مهم اين نوع آنزيمها که در تمام آنها مشترک است، به صورت ذيل است:
1- پنتاپپتيدهايي متوالي هستند که از خانواده مهم سيستئين پروتئازها باشند و
2- سبب شکسته شدن پيوندهاي پپتيدي بين اسيدهاي آمينه پروتئين ها ميشوند.
هنگاميکه کاسپازها فعال ميشوند، فعاليت پيدرپي آنها منجر به شروع يک مسير آبشاري (Cascades) براي آنها شده و سبب انتقال پيام از کاسپازهاي آغازين به کاسپازهاي اجراکننده ميشوند. کاسپازهايي هم وجود دارند که سبب التهاب ميشوند اما در فرآيند آپوپتوز فعال نميگردند.

نفوذپذيري ميتوکندري (مسير داخلي)
ميتوکندري هم در حيات و هم در مرگ سلولي دخالت دارد. اين ارگانل، انرژي رايج سلول را به فرم ATP فراهم ميسازد و هوموستاز داخل سلولي را در ارتباط با يون ها و استرسهاي اکسيداتيو حفظ ميکند. ميتوکندري حاوي پروتئين هاي متعددي است که قادرند آپوپتوز را القا کنند که از جمله مهمترين آنها سيتوکروم c است. انتخاب بقاي سلول و مرگ سلول به نفوذپذيري ميتوکندري بستگي دارد. نفوذپذيري ميتوکندري توسط مجموعه اي شامل بيش از 20 پروتئين که سرلوحه آنها پروتئين Bcl-2 است کنترل ميشود. هنگاميکه سلولها از فاکتورهاي رشد و هورمونهاي تروفيک محروم ميشوند يا در معرض عواملي که سبب آسيب DNA ميشوند قرار ميگيرند يا زمانيکه مقادير زيادي از پروتئين هاي با چين خوردگي غيرطبيعي در داخل سلول تجمع مييابند، گروهي از حسگرها فعال ميشوند. برخي از اين حسگرها که از اعضاي خانواده Bcl-2 هستند، به نوبه خود با فعالکردن دو عضو پيشبرنده آپوپتوز بهنام پروتئين هاي Bax و Bak سبب ديمريزهشدن و ورود آنها به غشاي ميتوکندري شده و کانال هايي ايجاد ميکنند که سيتوکروم c و ساير پروتئين هاي ميتوکندري از طريق اين کانالها به داخل سيتوپلاسم فرار ميکنند. ساير حسگرهاي مربوطه همان نتيجه اي که نشت پروتئينهاي ميتوکندري به داخل سيتوپلاسم در پي دارد را با مهار مولکول هاي ضدآپوپتوزي Bcl-2 و Bcl-xL ايجاد ميکنند. سيتوکروم c همراه با برخي کوفاکتورها سبب فعالشدن کاسپازها ميشود و در نتيجه، فعال شدن آبشار کاسپاز و درنهايت قطعه قطعه شدن هسته حاصل ميشود.

آسيب ميتوکندري ها
ميتوکندريها توليدکنندگان انرژي حياتبخش سلول به شکل ATP هستند و همچنين در زمينه آسيب و مرگ سلولي نيز نقش مهمي ايفا ميکنند. افزايش ميزان کلسيم سيتوپلاسم، مولکول هاي واکنشدهنده مشتق از اکسيژن و محروميت از اکسيژن ميتوانند باعث آسيب ميتوکندري شوند، لذا ميتوکندريها نسبت به تمام انواع محرک هاي آسيبرسان شامل هيپوکسي و سموم حساس هستند.
آسيب ميتوکندريها دو پيامد اصلي را به دنبال دارد؛ آسيب ميتوکندري اغلب منجر به تشکيل کانال هدايتي با قدرت هدايت بسيار زياد در غشاي ميتوکندري ميشوند که به آنها سوراخ هاي انتقال نفوذپذيري ميتوکندريايي ميگويند. بازشدن اين کانال ها باعث کاهش پتانسيل غشاي ميتوکندري و تغييرات pH داخل سلولي و درنتيجه نارسايي فسفريلاسيون اکسيداتيو و تخليه پيشرونده ATP و درنهايت نکروز سلول ميشود. همچنين ميتوکندري حاوي پروتئين هاي متعددي است که قادرند مسيرهاي آپوپتوتيک شامل سيتوکروم c (پروتئين اصلي دخيل در انتقال الکترون) را فعال سازند. افزايش نفوذپذيري غشاي ميتوکندري ممکن است منجر به نشت پروتئين هاي مذکور به داخل سيتوپلاسم و مرگ از طريق آپوپتوز شود. بدين ترتيب، سيتوکروم c هم در بقاي سلول و هم در مرگ سلول نقش کليدي دارد؛ درصورتيکه سيتوکروم در جايگاه طبيعي خود در داخل ميتوکندري قرار داشته باشد نقش مهمي در توليد انرژي و حيات سلول دارد، اما اگر آسيب ميتوکندري بهقدري شديد باشد که سيتوکروم c به خارج از ميتوکندري نشت کند، پيام مرگ سلول را صادر ميکند (شکل 3).

ورود کلسيم
افزايش غلظت کلسيم در داخل سيتوپلاسم سبب فعالشدن تعدادي از آنزيم ها ميشود که اثرات سلولي بالقوه مخربي دارند. اين آنزيمها عبارتاند از فسفوليپازها (باعث آسيب غشاي سلول ميشوند)، پروتئازها (سبب تجزيه پروتئين هاي غشا و پروتئين هاي اسکلت سلولي ميشوند)، اندونوکلئازها (مسئول قطعه قطعه شدن DNA و کروماتين هستند) و آدنوزين تريفسفاتازها (ATPase ها سبب تشديد تخليه ATP ميشوند). افزايش غلظت کلسيم داخل سلولي مستقيماً از طريق فعال ساختن کاسپازها و افزايش نفوذپذيري ميتوکندري منجر به القاي آپوپتوز ميشود (شکل 3).

شکل ۳. اختلال در عملکرد میتوکندری و در نهایت مرگ سلول

گيرنده هاي مرگ (مسير خارجي)
در غشاء پلاسمايي اغلب سلول ها گيرنده هاي مرگ وجود دارد. بسياري از سلول ها با عرضه مولکول هاي سطحي که گيرنده هاي مرگ ناميده ميشوند سبب تحريک آپوپتوزيس ميشوند. اکثر گيرنده هاي مرگ، اعضاي ابرخانواده گيرنده فاکتور نکروزدهنده تومور  (TNF) هستند. ويژگي اين ابر خانواده وجود توالي غني از سيستئين در بخش خارج سلولي است. اين مولکول ها در قسمت سيتوپلاسمي خود ناحيهاي به نام ناحيه مرگ دارند که مسئول تعامل با ساير پروتئين ها است و از اين رو در انتقال پيام آپوپتوزي به درون سلول شرکت ميکنند. برجسته ترين گيرنده هاي مرگ، گيرنده TNF نوع 1 و مولکول (Fas (CD95 است. زمانيکه اين گيرنده ها توسط ليگاندهاي مربوطه تحريک شوند، سبب فعال شدن کاسپازها و القاء آپوپتوز ميشوند. ليگاند (FasL (Fasl يک پروتئين غشايي است که عمدتاً بر روي لنفوسيت هاي T فعال ظاهر ميشود. هنگاميکه اين سلول هاي T، سلول هاي هدفي را که مولکول Fas را بر روي سطح خود دارند شناسايي ميکردند، مولکولهاي Fas به ليگاند خود (FasL) متصل شده و سپس به پروتئين هاي انطباقي و مولکولهاي کاسپاز متصل ميشوند. تجمع بسياري از مولکول هاي کاسپاز منجر به فعال شدن آنها و شروع مسير واکنش آبشاري ميشود. در بسياري از انواع سلولها، مولکول کاسپاز شکسته شده و سپس با فعال کردن يک عضو پيشبرنده آپوپتوز از خانواده BCL-2 به نام Bid، ماده لازم براي مسير ميتوکندريايي تأمين ميشود. فعال شدن هر دو مسير سبب واردآمدن ضربه اي کشنده اي به سلول ميشود (شکل 4).

شکل ۴. مکانیسمهای آپوپتوز. هر دو مسیر آپوپتوز از نظر روش القا، تنظیم آنها با یکدیگر تفاوت دارند ولی هر دو مسیر درنهایت منجربه فعالشدن کاسپازهای اجرایی میشوند. القای آپوپتوز به تعادل بین پیامها و پروتئینهای داخلسلولی و مهارکننده آپوپتوز بستگی دارد. این شکل مسیرهایی که باعث القای مرگ سلولی در اثر آپوپتوز میشوند و پروتئین هایی که با مهار نشت از میتوکندری و فعالشدن کاسپاز وابسته به سیتوکروم c باعث مهار آپوپتوز میشوند و به ترتیب به عنوان تنظیم کننده های آپوپتوز میتوکندری عمل میکنند را نشان میدهد.

تأثير سيگنال ها
سيگنال هاي مختلفي جهت بررسي و درمان بيماري ها و تأثير اين سيگنالها بر روي آپوپتوز و نکروز مورد مطالعه قرار گرفته اند که در ذيل به به برخي از آنها اشاره شده است.

 شيميايي
از جمله مواردي که ميتوان در اين دسته قرار داد، کمبود مواد شيميايي مورد نياز سلول مانند اکسيژن، هورمون ها، گلوکز و همچنين موارد مضري مانند گرما، داروهاي شيميايي و … هستند که در ادامه در مورد تاثيرات آنها بحث خواهد شد.

تجمع پروتئين هايي که چين خوردگي غيرطبيعي دارند
مولکولهايي در شبکه آندوپلاسميک هستند که نحوه صحيح چينخوردگي پروتئيني را که جديداً سنتز شده است را کنترل کرده، پليپپتيدهايي که به صورت غيرطبيعي چين خوردهاند را مشخص کرده و هدف پروتئوليز قرار ميدهند. درصورتيکه به علت جهش هاي ارثي يا استرس، پروتئيني چين نخورده يا به صورت غيرطبيعي چينخوردگي پيدا کند، در شبکه آندوپلاسميک تجمع يافته و با القاي استرس شبکه آندوپلاسميک سبب تحريک پاسخهاي سلولي ميشوند. به اين رويدادها مجموعاً پاسخ پروتئين چين نخورده ميگويند. اين پاسخ با فعال کردن مسير انتقال پيام باعث افزايش توليد مولکول هاي پروتئوليز و تأخير ترجمه پروتئين شده و بدين طريق مقدار پروتئين هايي که به صورت غيرطبيعي چين خورده باشند را کاهش ميدهند. اما اگر اين پاسخ قادر به مقابله با تجمع پروتئينهايي که به صورت غيرطبيعي چين نخوردهاند، باشد نتيجه آن، فعالشدن کاسپازهاست که منجربه آپوپتوز ميشوند. تجمع پروتئين هايي که به صورت غيرطبيعي چين خوردهاند در داخل سلول ثانويه به جهش، فرآيند پيري، يا فاکتورهاي محيطي ناشناختهاي منجر ميشود که از ويژگيهاي تعدادي از بيماريهاي تحليلبرنده اعصاب ازجمله آلزايمر، هانتينگتون و پارکينسون و احتمالاً ديابت نوع دوم هستند. همچنين محروميت از گلوکز، اکسيژن و استرس هايي نظير گرما باعث چينخوردگي غيرطبيعي پروتئين و درنهايت آسيب و مرگ سلول ميشوند.

نبود فاکتورهاي رشد
سلول هاي حساس به هورموني که از تعامل با هورمون مربوطه خود محروم شده اند، لنفوسيت هايي که توسط آنتيژن ها و سيتوکينها تحريک نميشوند و نورونهايي که از فاکتور رشد عصب محروم ماندهاند همگي درنتيجه آپوپتوز از بين ميروند. در تمامي اين موارد، آپوپتوز توسط نفوذ ميتوکندريايي تحريک شده و به فعال شدن اعضاي پروآپوپتوتيک نسبت داده ميشود.

القاي آسيب در DNA
تماس سلول ها با تشعشعات يا داروهاي شيميدرماني سبب القاي آسيب DNA ميشود و اگر اين آسيب آنقدر شديد باشد که فراتر از قدرت ترميم سلول باشد، مرگ از طريق آپوپتوز روي ميدهد. زمانيکه DNA آسيب ميبيند، اگر ميزان آسيب بسيار بيشتر از قدرت ترميم موفقيتآميز سلول باشد، آپوپتوز تحريک ميشود. در غير اين صورت (مثلاً در برخي از سرطان ها)، آپوپتوز روي نداده و سلول هايي که DNA آنها دچار آسيب شده اند به حيات خود ادامه ميدهند. در سلولهاي مذکور، DNA آسيب ديده ممکن است با ايجاد جهش يا جابه جايي باعث تغيير شکل بدخيمي شود.

فيزيکي

سرمادهي
از سرما ميتوان براي درمان سرطان به خصوص سرطان سينه استفاده کرد چراکه حرارت در بسياري از موارد سبب از بين رفتن سلولهاي سالم نيز شده است. تهاجم و خطر اين روش به نسبت ساير روش ها کمتر است و بدين صورت عمل ميکند که بافت را به دمايي در محدوده صفر الي 20- درجه سانتي گراد ميرسانند تا درون سلول يخ تشکيل شود و باعث مرگ سلول هاي سرطاني شود. همچنين استفاده از دارو نيز در اين روش قابل استفاده و کارآمد است.

گرمادهي و حرارت
تاثيرات جانبي شيمي درماني و عوارض مضر آن بسيار زياد است و ميتوان از درجه حرارت هاي پايينتر نيز استفاده کرد. به عنوان مثال در محدوده دمايي 41 الي 44 درجه سانتي گراد، سلول هاي سالم تخريب نشده اما سلول هاي سرطاني از بين ميروند که به اين روش «هايپرترميا» گفته ميشود.

مغناطيسي
با استفاده از سيگنالهاي توليدي توسط ميدان مغناطيسي، ميتوان به درمان سرطان از راه دور و به صورت غيرتهاجمي پرداخت بدين صورت که ميدان مغناطيسي سبب چرخش نانوپارتيکل هاي مغناطيسي شده و آنها را با محدوده فرکانسي پايين (10 تا 40 هرتز) کنترل ميکند. درواقع اين ذرات به غشاي سلولي آسيبي نرسانده اما حرکات چرخشي آنها سبب آسيب به غشاي ليزوزومي ميشود و باعث بيرون ريختن محتويات داخل ليزوزوم شده و آپوپتوز رخ ميدهد (شکل 5).

شکل ۵. A) تصویر کنترل چرخش ذرات توسط نیروی مغناطیسی بوسیله دستگاه. B) شماتیکی از نحوه عملکرد این ذرات در برخورد با سلول

الکتريکي
ميدان هاي الکتريکي پالسي نانوثانيه [nsPEFs) [Nanosecond pulsed electric fields  يک روش غيرحرارتي براي القاي آپوپتوز سلولي است (شکل 6). اثبات شده است که nsPEFs در درمان چندين تومور موشي مؤثر بوده اما مطالعات کمتري براي استفاده از آن در درمان تومورهاي انساني انجام شده است. اين روش درماني غيرحرارتي بر پايه الکتروپوريشن (EP) است که از انواع مختلفي از روش هاي درماني ضد سرطان و القاي آپوپتوز است. افزايش سطح کلسيم داخل سلولي توسط EP ممکن است يک روش جديد براي درمان و از بين بردن سلولهاي سرطاني باشد. کلسيم يکي از مهمترين عوامل مرگ سلولي (آپوپتوز و نکروز) است. سطح کلسيم و متعادل کننده توسط الکتروپوريشن ميتواند باعث اثرات مختلفي بر روي سلول هاي طبيعي و پاتولوژيک شود. با استفاده از اين روش آپوپتوز ميتوان در مدت زمان پالس بسيار کوتاه، القا شود.

شکل ۶. شماتیکی از روش الکتروپوریشن در سلول درمانی و ژن تراپی

 صوتي
در پژوهش انجام شده از سوي يوشيدا و همکارانش از امواج اولتراسوند و داروي دوکسوروبسيسن به طور همزمان براي آپوپتوز سلول سرطاني لنف U937 استفاده شد. القاي آپوپتوز توسط فلوسايتومتري شناسايي شد. آنها همزمان بهترين شدت موج فراصوت و تأثير سيگنال صوتي و داروي دوکسوروبيسين را بهصورت مجزا و ترکيبي، بر اساس درصد آپوپتوز سلول ها پيدا کردند. يافته هاي آنها حاکي از آن است که در شدت 5/0 وات بر سانتيمترمربع سيگنال فيزيکي به تنهايي نقش موثري در آپوپتوز ايفا ميکند هرچند در صورت استفاده از سيگنال شيميايي و فيزيکي به طور همزمان، ميتوان نتيجه بهتري گرفت. شکل 7 گوياي اين مطلب است.
انرژي اولتراسوند ميتواند دماي موضعي نقطه را افزايش دهد و مرگ سلولي را در بافت هاي نرمال و توموري القا کند.

شکل ۷. تأثیر امواج فراصوت در شدتهای 2/0، 3/0 و 5/0 وات بر سانتیمترمربع بر آپوپتوز سلول ها. افزایش آپوپتوز القاشده با دوکسروبسین توسط اعمال اولتراسوند. سلول ها به مدت ۶ ساعت در محیط کشت قرارگرفتند و پس از رنگآمیزی با FITC و لیبلدارکردن با Annexin V و پروپیدیومیدید در معرض فلوسایتومتری قرار داده شدند.
(a)0.2W/cm2 ، (b)0.3W/cm2 و (c)0.5W/cm2
داده ها با ۴ بار تکرار آزمایش به دست آمده اند.

نتيجه گيري
1- مرگ سلولي براساس تغييرات مورفولوژيکي، مکانيسم عمل و … به دو دسته آپوپتوز و نکروز تقسيم ميشود.
2- آپوپتوز يک فرآيند فيزيولوژيک و طبيعي سلول است درحاليکه نکروز پاتوبيولوژيک و در اثر عوامل بيروني رخ ميدهد.
3- تفاوت اصلي نکروز با آپوپتوز، تخريب غشاي سلولي، بيرون ريختن اورگانل هاي سلولي به خارج سلول و التهاب پس آن ميباشد.
4- کاسپازها، مسير ميتوکندريايي و گيرنده هاي مرگ، از مکانيسم هاي مهم مرگ سلولي و آپوپتوز هستند.
5-  از اين فرآيندها ميتوان براي مقابله با مرگ سلولي و مهار آن استفاده کرد.
6- سيگنال هاي فيزيکي مانند الکتريکي، صوتي و الکترومغناطيس جايگزين هاي مناسبي براي روشهاي قديمي درمان سرطان به وسيله سيگنال هاي شيميايي از جمله شيمي درماني هستند.
7- از نقطه نظر مهندسي پزشکي، آپوپتوز در پژوهش ها اهميت بيشتري نسبت به نکروز دارد زيرا جزو رفتارهاي طبيعي، فيزيولوژيک و بالفطره سلول هستند و اختلال در آنها موجب پديد آمدن بيماري هايي مانند سرطان يا ايدز ميشود. به همين دليل نبايد در مطالعات همواره به دنبال رفتارهاي خاصي از سلول مانند چسبندگي و رشد بود؛ چراکه آپوپتوز نيز يکي از ارکان اصلي رفتارهاي سلول است.

منابع

[1] M. P. Mattson and N. G. Bazan, “Apoptosis and necrosis,” Basic meurochemistry, 7th edn. Elsevier, Boston, pp. 603-615, 2006.
[2] F. Amin, I. D. Bowen, Z. Szegedi, R. Mihalik, and B. Szende, “APOPTOTIC AND NON-APOPTOTIC MODES OF PROGRAMMED CELL DEATH IN MCF-7 HUMAN BREAST CARCINOMA CELLS,” Cell biology international, vol. 24, no. 4, pp. 253-260, 2000.
[3] M. Los, M. Mozoluk, D. Ferrari, A. Stepczynska, C. Stroh, A. Renz, et al., “Activation and caspase-mediated inhibition of PARP: a molecular switch between fibroblast necrosis and apoptosis in death receptor signaling,” Molecular biology of the cell, vol. 13, no. 3, pp. 978-988, 2002.
[4] V. Kumar, A. K. Abbas, and J. C. Aster, Robbins Basic Pathology E-Book: Elsevier Health Sciences, 2017.
[5] A. L. Mescher, Junqueira’s basic histology: text and atlas: Mcgraw-hill, 2013.
[6] C. B. Thompson, “Apoptosis in the pathogenesis and treatment of disease,” Science, vol. 267, no. 5203, pp. 1456-1462, 1995.
[7] A. Saraste, “Morphologic criteria and detection of apoptosis,” Herz, vol. 24, no. 3, pp. 189-195, 1999.
[8] J. Sjöström and J. Bergh, “How apoptosis is regulated, and what goes wrong in cancer,” BMJ: British Medical Journal, vol. 322, no. 7301, p. 1538, 2001.
[9] M. J. Kresch, C. Christian, F. Wu, and N. Hussain, “Ontogeny of apoptosis during lung development,” Pediatric Research, vol. 43, no. 3, pp. 426-431, 1998.
[10] F. Karami-Tehrani, “Caspase dependent apoptosis induced by cladribine in the estrogen receptor negative breast cancer cell line, MDA-MB468,”  Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran, vol. 14, no. 4, pp. 303-310, 2003.
[11] I. Rashedi, S. Panigrahi, P. Ezzati, S. Ghavami, and M. Los, “Autoimmunity and apoptosis-therapeutic implications,” Current medicinal chemistry, vol. 14, no. 29, pp. 3139-3151, 2007.