موفقیت دانشمندان در کشت سه‌بعدی مغز انسان در آزمایشگاه
موفقیت دانشمندان در کشت سه‌بعدی مغز انسان در آزمایشگاه
|
دانشمندان اتریشی بافت پیچیده مغز انسان را با موفقیت در یک سیستم کشت سه‌بعدی رشد دادند.
به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این شیوه به سلول‌های بنیادی قلب و نخاع امکان رشد و تبدیل به ارگانویدهای (organoid) مغزی (یا مینی‌مغز) را می‌دهد. این مینی‌مغزها حاوی چندین ناحیه مغزی مجزا هستند.
به جای استفاده از مولفه‌های رشد الگوبندی‌کننده برای دستیابی به این هدف، دانشمندان «موسسه بیوتکنولوژی مولکولی آکادمی علوم اتریش» (IMBA) شرایط رشد را تنظیم کرده و محیط مساعد را فراهم کردند.
در نتیجه، علائم ذاتی سلول‌های بنیادی، رشد را به سوی بافت‌های مختلف مغز سوق دادند.
همچنین با استفاده از "مینی مغزها"، دانشمندان توانستند رشد اختلال نورونی انسان را مدلبندی کرده و منشا آن را شناسایی کنند.
این امر مسیرهایی را برای دستیابی به سیستم‌های مدل مغز انسان که دانشمندان مدت‌های طولانی در انتظار آن به سر می‌بردند، در اختیار می‌گذارد.
رشد مغز انسان یکی از بزرگ‌ترین معماهای دنیای زیست‌شناسی به شمار می‌آید.
این عضو از یک بافت کوچک مشتق شده و به شکل پیچیده‌ترین ساختار طبیعی شناخته‌شده برای بشر تبدیل می‌شود.
مطالعات رشد مغز و اختلالات انسانی مرتبط، بی‌نهایت دشوار است، زیرا هیچ دانشمندی تاکنون موفق به تثبیت مدل کامل کشت سه‌بعدی رشد مغز انسان نشده بود.
هم‌اکنون تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر یورگن کوبلیچ در موسسه اتریشی این روند را تغییر داده است.
تیم علمی کار خود را با خطوط سلول‌های بنیادی جنینی انسان و سلول‌های بنیادی قلب و نخاع تحریک‌شده (iPS) آغاز و شرایط رشد را شناسایی کرد که به تفکیک‌پذیری سلول‌های بنیادی به چندین بافت مغزی کمک کرد.
هنگام استفاده از واسطه‌هایی برای القای نورونی، دانشمندان توانستند از به کاربردن شرایط مولفه رشد الگوبندی‌کننده اجتناب کنند.
این شرایط معمولا با هدف تولید هویت‌های سلولی خاص از سلول‌های بنیادی اعمال می‌شوند.
محققان حاضر در این پروژه، رویکرد تثبیت‌شده برای تولید neuroectoderm را اصلاح کردند. این مولفه یک لایه سلولی است که سیستم عصبی از آن اشتقاق می‌شود.
قطعات این بافت سپس در یک کشت سه‌بعدی نگهداری شده و در قطرات کوچک یک ژل ویژه که داربستی را برای رشد بافت پیچیده ارائه می‌داد، تعبیه شدند.
به منظور افزایش جذب مواد مغذی، محققان سپس قطرات کوچک ژل را به یک بیورآکتور چرخان منتقل کردند و ظرف سه تا چهار هفته نواحی مغزی تعریف‌شده شکل گرفتند.
پس از 15 تا 20 روز، «ارگانیدهای مغزی» شکل گرفتند که شامل بافت پیوسته (neuroepithelia) احاطه‌کننده یک حفره مملو از مایع بودند و این حفره یادآور شکمچه مغز بود.
پس از 20 تا 30 روز، نواحی مغزی تعریف‌شده شامل cerebral cortex، شبکیه، مننژ و همچنین مشیمیه شبکیه رشد کردند.
پس از دو ماه، مینی‌مغزها به اندازه بیشینه رسیدند و می‌توانستند تا حد تعریف‌نشده‌ای (در حال حاضر بیش از 10 ماه) بقا یابند.
با این حال، رشد بیشتر احتمالا به دلیل فقدان سیستم گردش خون و بنابراین کمبود مواد مغذی و اکسیژن در هسته مینی‌مغزها حاصل نشد.
شیوه جدید همچنین پتانسیل بزرگی را برای تثبیت‌کردن سیستم‌های مدل اختلالات مغزی انسان ارائه می‌دهد.
چنین مدل‌هایی ضروری هستند زیرا مدل‌های حیوانی مورد استفاده کنونی به طور قابل توجهی دارای پیچیدگی پایین‌تری هستند و اغلب کاملا بیماری انسانی را تکرار نمی‌کنند.
تیم علمی حاضر در این پروژه هم‌اکنون نشان داده که مینی‌مغزها پتانسیل بالایی برای سیستم مدل انسانی توسط تحلیل مجموعه میکروسفالی دارند.
میکروسفالی یک اختلال ژنتیکی انسانی است که در آن مغز انسان تا حد قابل توجهی کوچک می‌شود.
با تولید سلول‌های iPS از بافت پوستی یک بیمار مبتلا به میکروسفالی، دانشمندان توانستند مینی‌مغزهای مبتلا به این اختلال را رشد دهند.
همان گونه که انتظار می‌رفت ارگانویدهای مشتق‌شده بیمار تا اندازه کوچک‌تری رشد کردند.
تحلیل بیشتر به یافته حیرت‌آوری منجر شد زیرا در حالی که بافت neuroepithilial کوچکتر از مینی‌مغزهای تاثیرنیافته از این اختلال بود، رشد بیش از اندازه نورونی در آن مشاهد شد.
این امر به این فرضیه منجر می‌شود که در طول رشد مغزی بیماران مبتلا به میکروسفالی، تفکیک نورونی پیش از موعد به قیمت سلول‌های بنیادی و پیشرو تمام می‌شود که در غیر این صورت، در رشد بییشتر و مطلوب اندازه مغز مشارکت می‌کردند.
آزمایشات بیشتر همچنین نشان داد تغییر در مسیری که از طریق آن سلول‌های بنیادی تقسیم می‌شوند، می‌تواند عامل این اختلال باشد.
افزون بر پتانسیل ایجاد دیدگاه‌های جدید در خصوص توسعه اختلال مغزی انسان، مینی‌مغزها همچنین دارای اهمیت فراوانی برای صنعت شیمیایی و دارویی خواهند بود.
آن‌ها امکان آزمودن درمان‌هایی علیه نارسایی‌های مغزی و دیگر اختلالات نورونی را فراهم می‌کنند و علاوه بر این، تحلیل اثراتی که مواد شیمیای خاص بر روی رشد مغز خواهند داشت، را ممکن خواهند کرد.
جزئیات این دستاورد مهم علمی در مجله Nature منتشر شد.
منبع : ایسنا
