به گزارش خبرنگار حوزه بهداشت و درمان گروه علمی پزشکی باشگاه خبرنگاران جوان، به نقل از مدیکال اکسپرس، محققان مرکز گسترده پزشکی احیا کننده و تحقیقات سلول‌های بنیادی Eli و Edythe در دانشگاه کالیفرنیا، ارگانوئیدهای مغزی (ساختار‌های سه بعدی شبیه مغز که از سلول‌های بنیادی انسان رشد کرده‌اند) را توسعه داده‌اند که موج‌های سازمان یافته‌ای از فعالیت‌های مشابه در مغز انسان‌های زنده را نشان می‌دهد.
هنگام مطالعه ارگانوئیدهای رشد یافته از سلول‌های بنیادی مشتق شده از بیماران مبتلا به سندرم رت (Rett) عصبی، دانشمندان شاهد الگو‌های فعالیت الکتریکی شبیه تشنج بودند که مشخصه این بیماری است.
این مطالعه که در مجله Nature Neuroscience منتشر شده است، لیست شرایط مغزی قابل بررسی در ارگانوئید‌ها را افزایش می‌دهد و ارزش این مدل‌های مبتنی بر سلول‌های انسانی را در بررسی علل زمینه‌ای بیماری‌ها و آزمایش درمان‌های بالقوه بیشتر نشان می‌دهد.
بنت نوویچ، عضو مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی گسترده و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: این کار نشان می‌دهد ما می‌توانیم ارگانوئید‌هایی شبیه بافت واقعی مغز انسان ساخته و از آن‌ها برای تکثیر دقیق برخی از عملکرد‌ها و بیماری‌های مغز انسان استفاده کنیم.
طی یک دهه گذشته محققان دریافته‌اند که چگونه می‌توان سلول‌های بدن انسان مانند پوست یا سلول‌های خونی را برداشته، آن‌ها را در آزمایشگاه ترغیب کرد تا به سلول‌های بنیادی پرتوان یا سلول‌های iPS تبدیل شوند و سپس این سلول‌ها را جهت ایجاد هر نوع سلول یافت شده در بدن از جمله سلول‌های عصبی مورد استفاده قرار دهند. در حال حاضر دانشمندان حتی می‌توانند سلول‌های iPS را برای تجمیع سه بعدی تشویق کرده و ارگانوئید‌هایی ایجاد کنند که بیشتر شبیه اندام‌های مینیاتوری انسان هستند تا سلول‌های یک ظرف تخت.
این پیشرفت دانشمندان را قادر می‌سازد که تفاوت سلول‌های یک فرد با حالت عادی را مطالعه کرده و آزمایش‌هایی را انجام دهند که در انسان‌های زنده امکان پذیر نیست، دستکاری ژنتیکی سلول‌های کلیوی یا استفاده از ارگانوئیدهای ریه برای بررسی نحوه عفونت کووید-۱۹ به ریه‌ها آسیب می‌رساند.
اما هنگامی که صحبت از مغز انسان می‌شود، ایجاد یک ارگانوئید که از پیچیدگی ساختاری اندام تقلید می‌کند، بسیار چالش برانگیز است. سازماندهی سلول‌ها مانند مغز انسان تنها بخشی از نبرد است.
سلول‌ها همچنین باید به یکدیگر متصل شوند و مانند نورون‌ها در مغز انسان عمل کنند. سلول‌های مغزی سالم انسان نه تنها در پاسخ به محرک‌ها سیگنال‌های الکتریکی به سراسر مغز ارسال می‌کنند، بلکه دارای موج‌های هماهنگی از فعالیت‌ها به نام نوسانات عصبی یا امواج مغزی هستند. الگو‌های متمایز امواج مغزی با فعالیت‌های خاصی همراه است، برای مثال یادگیری یا خوابیدن و ناهنجاری‌های موجود در این الگو‌ها می‌تواند نشانه بیماری باشد.
دکتر رانمال ساماراسینگه، عضو مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی وسیع و اولین نویسنده مقاله، می‌گوید: با بسیاری از بیماری‌های عصبی، شما می‌توانید علائم وحشتناکی داشته باشید، اما مغز از نظر جسمی خوب به نظر می‌رسد؛ بنابراین برای اینکه بتوانیم به سوالات مربوط به این بیماری‌ها پاسخ دهیم، بسیار مهم است که با ارگانوئید‌ها نه تنها ساختار مغز بلکه عملکرد آن را نیز مدل کنیم.
نوویچ، ساماراسینگه و همکارانش در مرکز تحقیقات ناتوانی‌های فکری و تکاملی دانشگاه کالیفرنیا پس از تولید دسته‌ای از ارگانوئیدهای مغزی مشتق از سلول‌های پوست افراد سالم، از دو رویکرد متفاوت برای مطالعه الگو‌های فعالیت الکتریکی در داخل آن‌ها استفاده کردند که شامل قرار دادن یک کاوشگر در هر ارگانوئید برای اندازه گیری فعالیت مغز و بررسی سلول‌های مغز در زیر میکروسکوپ است.
برخی از اطلاعاتی که آن‌ها جمع آوری کردند شبیه داده‌هایی بود که دانشمندان معمولا در اسکن‌های مغزی به نام الکتروانسفالوگرام یا EEG می‌یافتند که تجزیه و تحلیل انواع مختلفی از نوسانات عصبی را نشان داد.
نوویچ می‌گوید: من طیف وسیعی از الگو‌های نوسانی را که مشاهده می‌کردیم، پیش بینی نکرده بودم. با یادگیری نحوه کنترل الگو‌های نوسانی که یک ارگانوئید نشان می‌دهد، ممکن است در نهایت بتوانیم حالات مختلف مغزی را مدل سازی کنیم.
در مرحله بعد این گروه با استفاده از سلول‌های افراد مبتلا به سندرم رت، اندام‌های مغزی را ایجاد کردند، یک اختلال ژنتیکی که با تاخیر در یادگیری، حرکات تکراری و تشنج همراه است در حالی که ارگانوئید‌ها از نظر ساختار و سازمان طبیعی به نظر می‌رسند، نوسانات عصبی آن‌ها غیرطبیعی است: آن‌ها فاقد انواع نوسانات نشان داده شده در ارگانوئیدهای غیر رت هستند، در مقابل ارگانوئیدهای رت دارای فعالیت سریع و نامنظمی بودند مانند آنچه پزشکان در EEG افراد مبتلا به سندرم رت و اختلالات مربوط به آن می‌بینند.
هنگامی که نوویچ و ساماراسینگه اندروئید‌های رت را با داروی آزمایشی به نام Pifithrin-alpha درمان کردند، الگو‌های فعالیت مرتبط با تشنج ناپدید و فعالیت عصبی ارگانوئید‌ها عادی‌تر شد.
بیشتر بخوانید
انتهای پیام/