خلاصه: پس از پیوند تودههای سلولهای عصبی انسان به مغز موش، یک ارگانوئید ساخته شده از سلولهای عصبی انسان (سبز روشن) رشد کرده و با میزبان خود ارتباط برقرار می‌کند.
برای ترغیب سلولهای عصبی انسان در آزمایشگاه برای رشد، سه کلمه جادویی وجود دارد: مکان، مکان، مکان.
محققان در 12 اکتبر به صورت آنلاین در نیچر گزارش دادند که خوشه‌های کاشته شده از نورون‌های انسانی بزرگتر و پیچیده‌تر از گروه‌های آن‌ها که در ظروف رشد می‌کنند رشد کرده‌اند.
نه تنها این، بلکه سلولهای انسانی نیز عملکردی به نظر می‌رسند، البته به روش‌های بسیار محدود. آرنولد کریگشتاین، عصب‌شناس رشدی در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، می‌گوید: سلولهای انسانی کاشته‌شده هم می‌توانند سیگنال‌هایی را از سلولهای موش دریافت کنند و هم بر رفتار موش‌ها تأثیر بگذارند، ارتباطاتی که «یکپارچگی اساسی‌تر نورون‌های پیوندی را نشان می‌دهد». “این یک پیشرفت قابل توجه است.”
در دهه گذشته، دانشمندان در حال ساخت ارگانوئیدهای مغزی پیچیده‌تر، خوشه‌های سه‌بعدی از سلولهای مشتق شده از سلولهای بنیادی هستند که رشد می‌کنند و از مغز انسان را تقلید می‌کنند (SN: 2/20/18). این ارگانوئیدها پیچیدگی کامل نورون‌های انسانی را که در مغز واقعی رشد می‌کنند را دوباره ایجاد نمی‌کنند. اما آن‌ها می‌توانند پنجره‌هایی به یک فرآیند غیرقابل وصف باشند – رشد مغز انسان، و اینکه چگونه می‌تواند به خطا برود (SN: 9/3/21). کریگشتاین می‌گوید: «حتی اگر کاملاً تکمیل نباشند، [این مدل‌ها] جایگزینی برای سلولهای انسانی هستند، به گونه‌ای که سلولهای حیوانی نیستند». “و این واقعاً هیجان انگیز است.”
سرجیو پاسکا، عصب‌شناس در دانشکده پزشکی استنفورد و همکارانش، برای نزدیک‌تر کردن این سلول‌ها به پتانسیل کاملشان، ارگانوئیدهای مغزی انسان را با جراحی در مغز موش‌های تازه متولد شده کاشتند. ارگانوئیدهای انسانی همراه با میزبان خود شروع به رشد کردند. سه ماه بعد، ارگانوئیدها حدود 9 برابر حجم اولیه خود بودند و در نهایت حدود یک سوم از یک طرف قشر موش، لایه بیرونی مغز را تشکیل می‌دادند. پاسکا می‌گوید: «این سلولهای موش را کنار می‌زند. “به عنوان یک واحد رشد می‌کند.”
این سلولهای انسانی شکوفا شدند زیرا مغز موش‌ها مزایایی را ارائه می‌دهد که ظروف آزمایشگاهی قادر به انجام آن نیستند، مانند تأمین خون، ترکیبی دقیق از مواد مغذی و تحریک سلولهای مجاور. این حمایت محیطی باعث شد تا سلولهای عصبی منفرد انسان بزرگتر شوند – شش برابر بزرگتر از همان نوع سلول‌هایی که در ظرف‌ها رشد می‌کنند. سلولهای رشد یافته در مغز موش نیز پیچیده‌تر بودند، با الگوهای انشعاب دقیق‌تر و اتصالات سلولی بیشتر به نام سیناپس.
سلول‌ها بالغ‌تر به‌نظر می‌رسیدند، اما پاسکا و همکارانش می‌خواستند بدانند که آیا نورون‌ها نیز چنین رفتاری خواهند داشت یا خیر. آزمایش‌های خواص الکتریکی نشان داد که سلولهای عصبی کاشته‌شده شبیه‌تر از سلول‌هایی که در مغز انسان رشد می‌کنند، رفتار می‌کنند تا سلول‌هایی که در ظرف رشد می‌کنند.
طی ماه‌ها رشد، این نورون‌های انسانی با سلولهای میزبان موش صحرایی خود ارتباط برقرار کردند. ارگانوئیدهای انسانی در قشر حسی تنی، بخشی از مغز موش که ورودی سبیل را کنترل می‌کند، کاشته شدند. هنگامی که محققان هوا را روی سبیل‌ها دم کردند، برخی از سلولهای انسانی پاسخ دادند.
علاوه بر این، سلولهای انسانی می‌توانند بر رفتار موش تأثیر بگذارند. در آزمایش‌های بعدی، محققان از نظر ژنتیکی ارگانوئیدها را تغییر دادند تا به نور آبی پاسخ دهند. نورون‌ها با یک فلش نور، سیگنال‌هایی را شلیک کردند و محققان به موش‌ها با آب پاداش دادند. به زودی، موش‌ها یاد گرفتند که وقتی سلولهای ارگانوئید انسانی آن‌ها سیگنال‌هایی را ارسال کردند، به سمت فواره آب حرکت کنند.
در آزمایش‌های رفتاری، موش‌های دارای ایمپلنت انسانی نشانه‌هایی از هوش یا حافظه بالاتر را نشان ندادند. در واقع، محققان بیشتر نگران کمبودها بودند. به هر حال، ارگانوئیدهای انسانی مغز میزبان خود را به بیرون هدایت می‌کردند. «آیا کمبود حافظه وجود خواهد داشت؟ آیا کسری موتور وجود خواهد داشت؟ آیا تشنج رخ خواهد داد؟» پاسکا ادامه داد: اما پس از آزمایش‌های گسترده، از جمله آزمایش‌های رفتاری، EEG و MRI، نتوانستیم تفاوت‌هایی را پیدا کنیم.
آزمایش‌های دیگر شامل سلولهای عصبی افراد مبتلا به یک اختلال ژنتیکی به نام سندرم تیموتی، یک اختلال رشد شدید که بر رشد مغز تأثیر می‌گذارد، بود. به گفته محققان، رشد ارگانوئیدهای ایجاد شده با سلولهای این بیماران در مغز موش‌ها ممکن است تفاوت‌هایی را نشان دهد که سایر تکنیک‌ها نشان نمی‌دهند. مطمئناً، نورون‌های موجود در این ارگانوئیدها دندریت‌های دریافت‌کننده پیام پیچیده‌تری نسبت به ارگانوئیدهای مشتق شده از افراد بدون سندرم داشتند.
به گفته پاسکا، ارگانوئیدهای ساخته شده از سلولهای خاص بیمار حتی می‌توانند روزی به‌عنوان آزمودنی برای درمان‌ها عمل کنند. او می‌گوید: «اختلالات چالش برانگیز نیازمند رویکردهای جسورانه است. ما باید مدل‌های انسانی بسازیم که جنبه‌های بیشتری از مغز انسان را برای مطالعه این شرایط منحصربه‌فرد انسانی مرور کند.»
نویسنده: لورا سندرز
منبع: دانشگاه استنفورد
