دانشمندان توانسته اند سلول های مغز انسان را در بدن موش ها بکارند و رفتارشان را کنترل نمایند! - مجله جگوار

مغز بافتی بسیار پیچیده است و به همین مقدار مطالعه آن هم سخت است. در سال های اخیر شاهد پیشرفت های چشمگیر دانشمندان با شبه ارگان ها یا ارگانوئید های مغزی رشد یافته در آزمایشگاه بوده ایم. فراوری این سلول ها با سلول های بنیادی آغاز می شوند که در معرض عوامل رشد قرار می گیرند تا بلوغ آن ها را به انواع مختلف سلول های مغزی تحریک نمایند، که سپس به ساختار های سه بعدی شبیه سازی شده در مغز توسعه می یابند.

این شبه ارگان ها هوشیار نیستند، اما الگویی برای مطالعه اختلالاتی مانند صرع، اوتیسم، اسکیزوفرنی و آنالیز اثرات دارو های مختلف در اختیار دانشمندان قرار می دهد. ما بعلاوه نسخه هایی از ارگانوئید های مغزی را دیده ایم که می توانند رگ های خونی خود را رشد دهند، سیگنال های الکتریکی را منتشر نمایند و حتی چشم هایی را که قادر به تشخیص نور هستند رشد دهند.

سال گذشته، سرجیو پاسکا، استاد روانپزشکی و علوم رفتاری در دانشکده پزشکی استنفورد، مطالعه ای را روی ارگانوئید های مغزی 20 ماهه در آزمایشگاه انجام داد. قبل از این کار، تصور می شد که مغز های رشد یافته در آزمایشگاه قادر به بلوغ از مرحله ای به بعد نیستند. این مطالعه ثابت کرد که این ارگانوئید ها می توانند مانند مغز انسان بالغ شوند و از یک ساعت درونی پیروی نمایند تا در یک جدول زمان به بلوغ پس از تولد برسند.

پاسکا و سایرین در این زمینه به توسعه ارگانوئید های پیشرفته که نماینده منطقه ها مختلف مغز مانند قشر مغز هستند، ادامه می دهند، اما نحقیق در خصوص ساختار ها در یک ظرف دارای محدودیت هایی است.

پاسکا می گوید که ما مدار های پیچیده تری را در یک ظرف با استفاده از ارگانوئید ها و ترکیبات پیچیده آن ها به نام اسمبلوئید ساخته ایم. اما نورون های موجود در این ظروف آزمایشگاهی در مقایسه با آنچه در مغز انسان در حال رشد طبیعی، هنوز عقب هستند.

چالش های متعدد - مانند کمبود مواد مغذی و فاکتور های رشد، سلول های اندوتلیال تشکیل دهنده رگ های خونی یا ورودی حسی - مانع رشد در ظرف آزمایشگاهی می شوند.

بنابراین پاسکا و تیمش در آخرین کار خود، ارگانوئید های مغزی شبیه قشر مغز انسان را به نزدیک به 100 موش صحرایی جوان پیوند زدند. موش ها دو یا سه روزه بودند، معادل دوران نوزادی انسان، و پیوند در این مرحلهزده شد تا ارگانوئید ها بتوانند ارتباط برقرار نمایند و همگام با مغز خود تکامل یابند.

طولی نکشید که سلول های اندوتلیال موش به بافت انسان مهاجرت کردند تا رگ های خونی تشکیل دهند و مواد مغذی و توانایی سیگنال دهی به آن را برای دفع مواد زائد فراهم نمایند. سلول های ایمنی در مغز موش های صحرایی هم از این روش پیروی کردند و خود را در بافت پیوند شده در خانه قرار دادند. از آنجا، ارگانوئید های کاشته شده نه تنها زنده ماندند، بلکه تا جایی رشد کردند که حدود یک سوم نیمکره مغز موش را که در آن کاشته شده بودند، اشغال کردند.

تک تک سلول های عصبی از ارگانوئید ها نیز به سرعت رشد کردند و در مغز موش صحرایی نفوذ کردند تا با مدار طبیعی مغز جوندگان، از جمله با ناحیه تالاموس، که مسئول انتقال اطلاعات حسی از بدن است، ارتباط برقرار نمایند.

پاسکا گفت: این ارتباط ممکن است سیگنال لازم برای بلوغ و ادغام بهینه نورون های انسانی را فراهم نموده باشد.

سپس دانشمندان به آنالیز یک بیماری انسان پرداختند و با استفاده از سلول های پوستی مشتق شده از یک بیمار مبتلا به سندرم تیموتی، یک بیماری مغزی مرتبط با اوتیسم و صرع، یک ارگانوئید ایجاد کردند. این ارگانوئید به یک طرف مغز موش پیوند زده شد، در حالی که یک ارگانوئید ایجاد شده از سلول های یک فرد سالم به سمت دیگر پیوند شد تا به عنوان شاهد عمل کند.

پنج تا شش ماه بعد، تفاوت های قابل توجهی در فعالیت الکتریکی مشاهده شد، در حالی که نورون های سندرم تیموتی نیز بسیار کوچک تر بودند و ساختار های سیگنال دهی کمتری به نام دندریت داشتند.

اما قابل توجه ترین یافته از آزمایش هایی بود که برای سنجش توانایی مغز های هیبریدی برای پردازش اطلاعات حسی طراحی شده بود. به این ترتیب که وزش های هوا به سمت سبیل های موش ها راهنمایی می شد که دانشمندان دریافتند که نورون های انسان را در پاسخ به آن ها از نظر الکتریکی فعال می نماید.

آزمایش دیگری شامل ارگانوئید های اصلاح شده برای پاسخ به نور آبی بود که به وسیله کابل های فیبر نوری فوق نازک اجرا می شد. پالس های نور آبی برای فعال کردن این نورون ها مورد استفاده نهاده شد و آب تنها پس از این رویداد های نور آبی در دسترس موش ها نهاده شد. این کار در یک دوره آموزشی 15 روزه انجام شد و به موش ها آموخته شد که فعال شدن این نورون ها به معنای پاداشی است که آن ها را وادار می نماید در پی فواره آب بگردند. اینکه موش ها یاد گرفتند که تحریک نور آبی را با در دسترس بودن آب مرتبط نمایند، نشان می دهد که بافت انسانی کاشته شده می تواند به عنوان بخشی از مدار پاداش جویی مغز موش عمل کند.

محققان نشان می دهند که نورون های انسانی، زمانی که فعال می شوند، با رفتار موش ها تداخل می نمایند. سلول های انسان به طور عملکردی به مغز موش در این تحقیق متصل شدند.

پاسکا این را پیشرفته ترین مدار مغز انسان می داند که تا به امروز از سلول های پوست انسان ساخته شده است. این کار با توانایی کنترل و مشاهده اثرات روی رفتار موش ها، فرصت های هیجان انگیز تازهی را برای مطالعه اختلالات عصبی روانی باز می نماید. اکنون می توانیم رشد سالم مغز و بعلاوه اختلالات مغزی را که ریشه در رشد آن ها می دانیم با جزئیات بی سابقه ای بدون احتیاج به برداشتن بافت مغز انسان مطالعه کنیم. دانشمندان بعلاوه می توانند از این پلتفرم تازه برای آزمایش دارو های تازه و ژن درمانی برای اختلالات عصبی-روانی استفاده نمایند.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده.

منبع: دانشگاه استنفورد