ابداع روشی برای بهبود ساختار مغز

محققان دانشگاه کالیفرنیا در مطالعه اخیرشان روش جدیدی را برای هوشمندتر کردن ساختار ارگانوئید مغز ابداع کردند.

کد خبر: ۵۱۸۵۶۹

تاریخ: ۱۱ مهر ۱۴۰۱ - ۱۳:۲۰

اگر سلول‌های بنیادی انسانی را در یک ظرف آزمایشگاهی با مواد مغذی مناسب قرار دهید، آن‌ها یک مغز کوچک به نام ارگانوئید (organoid) را تشکیل خواهند داد. ارگانوئید یک توده نیمه سازمان یافته از سلول‌ها است.

به نقل از آی ای، اکنون محققان دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس روش جدیدی برای ایجاد ارگانوئید‌های کوچک مغز از سلول‌های بنیادی ارائه کرده‌اند. این ارگانوئید‌های با ساختار و کیفیت بالا فقط یک تا پنج میلی متر قطر دارند. این مطالعه به دانشمندان کمک خواهد کرد تا اختلالات عصبی در انسان را بهتر درک کنند.

مغز انسان عضوی ظریف است و مطالعه آن بدون ایجاد آسیب دشوار است. راه حلی این مشکل در دست سلول‌های بنیادی است و می‌توان از سلول‌های بنیادی برای رشد ارگانوئید‌های مغز در آزمایشگاه استفاده کرد. از آنجایی که این ارگانوئید‌ها رفتاری شبیه به مغز‌های واقعی دارند، می‌توان آن‌ها را بدون درمان‌های آزمایشی بر روی بیماران زنده مطالعه کرد.

محققان چندین سال است که ارگانوئید‌های مغزی را پرورش می‌دهند، اما همه ارگانوئید‌ها یکسان ایجاد نمی‌شوند. ارگانوئید‌ها می‌توانند از آزمایشگاهی به آزمایشگاه دیگر و حتی از دسته‌ای به دسته دیگر متفاوت باشد، به این معنی که نتایج یافته‌های یک ارگانوئید ممکن است در مورد دیگر ارگانوئید صادق نباشد.

"بنت نوویچ" (Bennett Novitch) عضو مرکز تحقیقات پزشکی احیا کننده و سلول‌های بنیادی مرکز Eli and Edythe Broad دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: در حال حاضر، این روش مانند غرب وحشی است، زیرا هیچ روش استانداردی برای تولید ارگانوئید‌های کوچک مغزی وجود ندارد.

در مطالعه جدید، محققان دستورالعمل‌های جدیدی را برای ساخت ارگانوئید‌هایی پیشنهاد کردند که از نظر ساختار و یکنواختی سازگار باشند. محققان در این مطالعه برای تولید مغز‌های کوچک، پوست انسان یا سلول‌های خونی را گرفتند و آن‌ها را دوباره برنامه‌ریزی کردند تا به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) تبدیل شوند. سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، سلول‌هایی هستند که می‌توانند به هر نوع سلولی در بدن جهش پیدا کنند.

سپس آن‌ها این سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را به سمت ایجاد سلول‌های بنیادی عصبی که می‌توانند اکثر انواع سلول‌های موجود در مغز را تولید کنند، هدایت کردند. همانطور که سلول‌های بنیادی عصبی در حال شکل‌گیری هستند، می‌توان آن‌ها را تحریک کرد تا در ارگانوئید‌های سه‌بعدی قرار گیرند. این کار ساده است، اما چرا برخی ارگانوئید‌ها بیشتر از بقیه شبیه مغز انسان هستند؟

محققان دریافتند که بلوغ رشدی سلول‌های بنیادی بر کیفیت آن‌ها تأثیر می‌گذارد. بهترین راه برای نگه داشتن سلول‌های بنیادی انسانی در حالت اولیه رشد، قرار دادن آن‌ها در ظرفی با سلول‌های پوست موش بود که به این روش تغذیه فیبروبلاست (fibroblast feeders) نیز گفته می‌شود. روش تغذیه فیبروبلاست، این لایه‌های تغذیه‌کننده، سیگنال‌های شیمیایی ضروری و پشتیبانی ساختاری را ارائه می‌کنند که به سلول‌های بنیادی کمک می‌کند تا در طول زمان، رشد کرده و نابالغی خود را حفظ کنند.

فیبروبلاست، فراوان‌ترین سلول در بافت همبند است که همه انواع رشته‌های بافت همبند و مواد آلی ماده زمینه‌ای را سنتز می‌کند. فیبروبلاست، سلولی است با هسته بیضوی و روشن و دارای کروماتین ظریف است که حاوی یک یا دو هستک واضح می‌باشد. اندامک‌های دخیل در پروتئین‌سازی در فیبروبلاست به‌طور گسترده دیده می‌شوند.

متاسفانه، آن‌ها کشف کردند که استفاده از سلول‌های موش می‌تواند ارگانوئید‌ها را برای توسعه درمان‌های سلولی برای جایگزینی بافت‌های عصبی بیمار یا آسیب دیده کم سازگار و نامناسب کند. علاوه بر این، این روش‌های تغذیه‌کننده پر زحمت‌تر از روش‌های رشد سلول‌های بنیادی هستند که معمولا در بسیاری از آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شوند.

محققان سپس به روش توالی یابی آر. ان.‌ای و تجزیه و تحلیل محاسباتی روی آوردند تا تفاوت‌های ژنتیکی بین سلول‌های بنیادی که ارگانوئید‌های خوب تولید می‌کنند و سلول‌هایی که تولید نمی‌کنند را مشخص کنند. با استفاده از این تکنیک‌ها، آن‌ها چهار مولکول را شناسایی کردند که مسئول نگه داشتن سلول‌های بنیادی در وضعیت کمتر توسعه یافته بودند. این مولکول‌ها به ابرخانواده فاکتور رشد تبدیل کننده بتا تعلق داشتند، خانواده‌ای از پروتئین‌های مرتبط که بسیاری از فرآیند‌های سلولی را تنظیم می‌کنند.

افزودن این چهار مولکول به سلول‌های بنیادی در حال رشد در ظرف، آن‌ها را در حالت نابالغ نگه می‌دارد و این سلول‌ها را قادر می‌سازد تا ارگانوئید‌های با کیفیت بالا و ساختار خوبی تولید کنند.