دانشمندان با موفقیت سلول های مغز انسان را به مغز موش ها پیوند زدند

قطر هر یک از توده های کوچک مغز انسان که در آزمایشگاه رشد کرده بود، بیش از چند میلی متر نبود. محققان دانشگاه استنفورد آنها را با کشت سلول های بنیادی انسانی به شکل توده های سه بعدی بافت تولید کردند. این ساختارهای ساده که اندامک‌های مغزی نامیده می‌شوند، حاوی برخی از سلول‌ها و ویژگی‌های مغز واقعی انسان هستند و بینشی در مورد رشد مغز و بیماری‌های عصبی ارائه می‌دهند.

اما ارگانوئیدهای مغزی به پیچیدگی مغزهای واقعی نیستند، بنابراین برای نزدیکتر کردن آنها به واقعیت، محققان سعی کرده اند ارگانوئیدهای مغز انسان را به مغز جوندگان پیوند بزنند.

در آزمایش‌های قبلی، این سلول‌ها نتوانستند با مغز حیوانات ترکیب شوند. اما این بار موفقیت آمیز بود: ارگانوئیدها با مدارهای مغزی خود حیوانات ارتباط برقرار کردند که نشان می دهد این مجموعه سلول ها می توانند خواص پیچیده تری داشته باشند.

تیم دانشگاه استنفورد این دسته از سلول های انسانی را به قشر حسی جسمی مغز موش های تازه متولد شده پیوند زد. قشر حسی جسمی ناحیه ای است که اطلاعات حسی مانند لمس از کل بدن را پردازش می کند. در طی چند ماه، ارگانوئیدها رشد کردند و حدود یک سوم نیمکره مغزی موش ها را به خود اختصاص دادند. H. Isaac Chen، استادیار جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه پنسیلوانیا که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: «این تحقیق آنچه را که ارگانوئیدها می توانند از نظر یکپارچگی عملکردی در مغز انجام دهند، پیشرفت می دهد.

چن و سایر محققان قبلاً آزمایش‌های مشابهی را روی جوندگان بالغ انجام داده بودند، اما این ارگانوئیدهای پیوندی با موفقیت بالغ نشدند.

در آخرین تلاش، دانشمندان استنفورد ارگانوئیدها را به مغز موش‌های جوان در مراحل اولیه رشد، زمانی که مدارهای عصبی آنها به طور کامل تشکیل نشده بود، پیوند زدند. مغز بزرگسالان انعطاف کمتری دارد، به این معنی که نمی تواند به راحتی تغییر کند و ارتباطات جدید ایجاد کند. سرجیو پاسکا، استاد روانپزشکی و علوم رفتاری در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان این مطالعه، در یک کنفرانس خبری قبل از انتشار مقاله گفت: «سیستم عصبی راهی برای توقف رشد دارد. ما پیوند را قبل از اینکه سلول ها قادر به ایجاد اتصال نباشند انجام دادیم.

  ارائه روش های مختلف برای برش فلزات

پاسکا و همکارانش دریافتند که سلول‌های عصبی انسان پیوند شده، رشته‌های عصبی جدیدی ایجاد کردند که به بافت مغز موش گسترش یافته و اتصالاتی به نام سیناپس‌ها را با نورون‌های موش ایجاد کردند. این اتصالات در ارگانوئیدهای مغزی که در آزمایشگاه رشد می کنند وجود ندارد و این محدودیت مهمی است که دانشمندان را به پیوند ارگانوئیدها به حیوانات زنده سوق داده است.

مقالات مرتبط:

پائولا آرلوتا، استاد سلول‌های بنیادی و زیست‌شناسی احیاکننده در دانشگاه هاروارد، که در مطالعه محققان شرکت نداشت، می‌گوید: «مغز با دریافت فعالیت از شبکه‌های داخلی یا از دنیای خارج از طریق تحریک حسی بافت‌ها رشد می‌کند و کار می‌کند. استانفورد در مغز واقعی، تحریک حسی برای ایجاد مسیرهای عصبی و رشد طبیعی حیاتی است.

ارگانوئیدها نه تنها رشد می کنند و در بافت ادغام می شوند، بلکه خواصی را نیز نشان می دهند که قبلاً در ارگانوئیدهای رشد یافته در شرایط آزمایشگاهی دیده نشده بود.

محققان دانشگاه استنفورد برخی از ارگانوئیدهای خود را از سلول های گرفته شده از بیماران مبتلا به سندرم تیموتی پرورش دادند. سندرم تیموتی یک اختلال ژنتیکی شدید است که اغلب باعث همان نوع تاخیر رشد عصبی در اوتیسم می شود. هنگامی که این ارگانوئیدها به موش‌ها پیوند زدند، دندریت‌های غیرطبیعی ایجاد کردند. دندریت ها شاخه های درخت مانندی هستند که از نورون ها گسترش یافته و به نورون ها اجازه می دهند با سلول های دیگر ارتباط برقرار کنند. این نقایص در آزمایش‌های ارگانوئیدی قبلی که حیوانات را درگیر نمی‌کردند، مشاهده نشده بود.

نویسندگان همچنین می خواستند تعیین کنند که آیا ارگانوئیدها می توانند بر رفتار موش ها تأثیر بگذارند یا خیر. آنها با استفاده از تکنیک اپتوژنتیک، برخی از نورون های پیوندی را مهندسی ژنتیکی کردند تا به تحریک نور حساس شوند. سپس موش‌ها را آموزش دادند تا هر زمان که نور آبی به این نورون‌ها می‌رسد، لوله‌ای از آب را برای دریافت جایزه (نوشیدنی آب) لیس بزنند. نور قرمز که به عنوان کنترل استفاده می شد، بر رفتار آنها تأثیری نداشت. این نشان داد که ارگانوئیدهای انسانی پیوند شده به مغز موش‌ها عملکردی دارند و در مدارهای مغزی موش‌ها درگیر پاداش هستند.

  Welkomstbonus Vulcan Vegas + Wettbonus Mit Bonuscode Free Spins Gemeinsam Bookmaker Met Welkomstbonus Vulcan Vegas Bonus, Bonusbedingungen & Gratiswetten Januar 2022 Schweiz

اگرچه ارگانوئیدهای مغزی برخی از ساختارها و فعالیت‌های مغز را تقلید می‌کنند، اما این ساختارها هنوز از مغز واقعی انسان فاصله دارند. کوچک هستند و از یک نخود بزرگتر نیستند. آنها همچنین فاقد برخی از انواع سلول های کلیدی و ساختار لایه ای هستند که در قشر مغز انسان دیده می شود. اما همانطور که ارگانوئیدها پیشرفته تر می شوند، چنین آزمایش های حیوانی معمای اخلاقی تعامل انسان با سایر گونه ها را مطرح می کند.

یک نگرانی این است که آیا افزودن بافت مغز انسان بر رفاه حیوانات تأثیر می گذارد یا خیر. محققان دانشگاه استنفورد با انجام یکسری آزمایشات برای مقایسه حافظه و سطح اضطراب حیواناتی که ارگانوئیدهای مغز انسان را دریافت کرده بودند با موش های آزمایشگاهی معمولی سعی در حل این مشکل داشتند. آنها همچنین به دنبال شواهد تشنج بودند و هیچ تفاوتی بین دو گروه پیدا نکردند.

گزارشی که در سال 2021 توسط آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی ایالات متحده منتشر شد، مفروضات دیگری را مطرح کرد. از جمله این امکان وجود دارد که ارگانوئیدهای مغز انسان توانایی های شناختی حیوانات را افزایش دهند یا باعث شوند که ارگانوئیدها یا حیوانات به خودآگاهی و آگاهی انسان مانند دست یابند. کمیته در نهایت به این نتیجه رسید که چنین آزمایش‌هایی هنوز نیاز به نظارت خاصی ندارند، اما اگر ارگانوئیدهای مغزی به طور قابل توجهی پیچیده‌تر شوند، ممکن است مقررات جدیدی مورد نیاز باشد.

از آنجایی که محققان نمی‌دانند هشیاری از کجا سرچشمه می‌گیرد، هیچ راهی وجود ندارد که بدانیم آیا ادغام بافت انسان با مغز حیوانات گامی در این مسیر است یا خیر.

  بعید است سونی در رویداد جدید خود اکسپریا 5 IV را معرفی کند

به دلیل شباهت بین مغز انسان و میمون، پاسکا پیوند ارگانوئیدهای مغز انسان به مغز میمون را یک خطر قرمز می دانست. او می گوید که موش ها کمتر شبیه هم هستند، زیرا قشر مغز آنها بسیار سریعتر از انسان ها رشد می کند.

در حال حاضر، پاسکا فکر می کند که محققان می توانند از پیوند ارگانوئیدهای مغز انسان به جوندگان چیزهای زیادی بیاموزند. یکی از کاربردها مطالعه اختلالات عصبی است که در دوران کودکی و زمانی که مغز هنوز در حال رشد است شروع می شود. پاسکا می‌گوید: «این انگیزه‌ای برای ما است تا سعی کنیم برخی از این فرهنگ‌های سه بعدی را در سیستم‌های زنده ادغام کنیم.

ارگانوئیدهای پیوندی همچنین می‌توانند برای آزمایش داروهایی استفاده شوند که می‌توانند برای درمان بیماری‌های عصبی روان‌پزشکی استفاده شوند یا برای مشاهده اینکه چگونه نقص‌های ژنتیکی در ارگانوئیدها رفتار حیوانات را تغییر می‌دهند.

چن می‌گوید یکی دیگر از راه‌های تحقیق، کاشت ارگانوئیدهای سالم در جوندگان آسیب‌دیده مغزی است تا ببینیم آیا بافت می‌تواند مغز آسیب‌دیده را ادغام و بازسازی کند یا خیر.

آرلوتا می گوید، ارگانوئیدها در مقایسه با مغز واقعی انسان بسیار ابتدایی هستند. اما موارد تولید شده در این مطالعه توسط دانشمندان دانشگاه استنفورد به محققان اجازه می دهد تا ویژگی های پیچیده تری از مدارهای سلولی انسان، نورون ها و عملکردهای عصبی دخیل در بیماری های عصبی-روانی را مطالعه کنند. او می‌گوید: «اگر می‌خواهیم ریشه این بیماری‌ها را بشناسیم و بفهمیم که چگونه ژنتیک ایجاد می‌شود، باید بتوانیم چیزهایی فراتر از سلول‌ها را مطالعه کنیم. ما باید بتوانیم خواص را در سطح مدارهای عصبی مطالعه کنیم. با این مطالعات می توان دانش زیادی در زمینه شناخت مکانیسم ها و آسیب شناسی بیماری ها به دست آورد و این ارزش را باید در ملاحظات اخلاقی که برای این نوع تحقیقات مطرح می شود در نظر گرفت.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

عنوان: ارگانوئید انسانی پیوند شده با پروتئین فلورسنت در یک برش مغز موش.

دیدگاهتان را بنویسید