به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان با استفاده از سلول‌های بنیادی با رشد اندام‌های مینیاتوری شبیه مغز در آزمایشگاه، راه جدیدی را برای مطالعات تکوینی عصبی، بیماری‌ها و درمان‌هایی که نمی‌توان در افراد زنده انجام داد به محققان نشان دادند، اما چالشی پایدار در موضوع ایجاد ارگانوئید این است که همه ارگانوئیدهای کوچک مغز ساختار یکسانی ندارند و نمی‌توانند ساختار دقیق بافت‌های مغز انسان را مدل‌سازی ‌کنند. بنابراین در حال حاضر، هیچ روش استانداردی برای تولید ارگانوئیدهای کوچک مغزی وجود ندارد. از سویی هر عصب شناس می‌خواهد یک مدل ارگانوئید مغزی از بیماری مورد علاقه خود بسازد، اما تاکنون هیچ یک از ارگانوئیدهای تولید شده مشابه هم نبوده‌اند.

عدم وجود پروتکل مشترک دلیل اصلی تغیر در ساختار ارگانوئیدهای مغزی است

Bennett Novitch، عضو مرکز تحقیقات پزشکی احیاکننده و سلول‌های بنیادی Eli and Edythe Broad در UCLA و نویسنده ارشد مقاله جدید، اینطور گفت که در واقع، چون پروتکل مشترکی برای تولیدارگانوئیدها وجود ندارد و دستورالعمل‌های کنترل کیفیت وجود ندارد، ارگانوئیدها می‌توانند از آزمایشگاهی به آزمایشگاه دیگر متفاوت باشند و حتی از دسته‌ای به دسته دیگر، این بدان معناست که یافته‌ای که در یک ارگانوئید به دست آمده ممکن است در مورد دیگر صادق نباشد. Momoko Watanabe، نویسنده اول مقاله و استادیار کالبدشناسی و آناتومی، متخصص نوروبیولوژی در مرکز UC Irvine. می‌گوید: «اگر آزمایشگاه من و آزمایشگاه دیگری در پایین دست، غربالگری‌های دارویی را با استفاده از مدل‌های ارگانوئیدی مغزی مشابه  و دارای یک اختلال انجام دهند، باز هم می‌توانیم نتایج متفاوتی را به دست آوریم و مهمتر اینکه ما نمی‌دانیم یافته‌های چه کسی درست است زیرا تفاوت‌هایی که می‌بینیم می‌تواند بازتابی از تفاوت مدل‌های ما باشد تا بازتاب بیماری. بنابراین در این تحقیق جدید به سراغ کشف موضوع رفتیم، این تحقیق توسط برنامه محققین Ablon در مرکز جامع سرطان Jonsson UCLA و مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی تامین مالی شده است.

ضرورت غلبه بر دو مانع بزرگ بر سر راه یعنی تفاوت در یکنواختی و ساختار ارگانوئیدها

Novitch ، Watanabe و همکارانشان در این مطالعه جدید خود که امروز در Stem Cell Reports منتشر شد، دستورالعمل‌هایی را بر اساس تحقیقات خود پیشنهاد می‌کنند که می‌تواند به دانشمندان کمک کند که با غلبه بر دو مانع بزرگ بر سر راه یعنی تفاوت در یکنواختی و ساختار ارگانوئیدها، موفق شوند ارگانوئیدهای با پتانسیل کاملی را تولید کنند. داشتن ارگانوئیدهایی که به طور دقیق و پیوسته ساختار سلولی بخش‌های خاصی از مغز را بازسازی می‌کنند، این مطالعات اهمیت بالایی برای مطالعه اختلالاتی مانند اسکیزوفرنی و اختلال طیف اوتیسم که در مغز افراد مبتلا دارد زیرا غالبا ساختار مغزاین افراد با ساختار مغزهای افراد سالم یکسان به نظر می‌رسد، اما در کل تفاوت‌های قابل توجهی را در عملکرد از خود نشان می‌دهد. نوویچ که همچنین مدیر مرکز یکپارچه ترمیم عصبی مؤسسه تحقیقات مغز UCLA است، می‌گوید: « اگر ارگانوئیدهای ما تعادل نامناسبی در تنوع سلولی داشته باشند یا ساختار کاملاً نامنظمی داشته باشند، ما هرگز نمی‌توانیم تفاوت‌های ظریف در ساختار و عملکرد مغز را شناسایی کنیم (عواملی که با اختلالات عصبی بیماران مبتلا مرتبط است).

ایجاد بهترین ارگانوئیدها: مسئله بلوغ

برای تولید ارگانوئیدهای کوچک مغز، که می‌تواند از 1 تا 5 میلی متر قطر داشته باشد، دانشمندان ابتدا پوست یا سلول‌های خونی انسان را می‌گیرند و آنها را برای تبدیل شدن به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی، مجدد برنامه ریزی می‌کنند(iPS). iPS سلول‌های پرتوانی هستند که می‌توانند به هر نوع سلولی در بدن تمایز پیدا کنند. سپس می‌توان این سلول‌ها را به سمت ایجاد سلول‌های بنیادی عصبی هدایت کرد تا اکثر انواع سلول‌های موجود در مغز را تولید کنند. همانطور که سلول‌های بنیادی عصبی در حال شکل‌گیری هستند، می‌توان آنها را تحریک کرد تا در ارگانوئیدهای سه بعدی جمع شوند. ولی در طی فرایند سه بعدی شدن و شکل‌گیری ارگانوئیدها، دلیل اینکه چرا برخی ارگانوئیدها بیشتر از بقیه شبیه مغز انسان هستند هنوز مشخص نیست؟ برای پاسخ به این سوال، این تیم با کارشناسان پرتوانی،  Kathrin Plath و   Amander Clark از مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی UCLA با ما همکاری کردند. آنها کشف کردند که بلوغ تکوینی سلول‌های بنیادی که تکوین و رشد یک ارگانوئید به آنها وابسته است، بر کیفیت نهایی مدل ایجاد شده تأثیر می‌گذارد، همان طور که تازگی مواد بر کیفیت یک غذای آشپزی تأثیر می‌گذارد.

هم کشتی سلول‌های بنیادی با سلول‌های تغذیه کننده موشی به رشد بهتر ارگانوئیدها کمک می‌کند

واتانابه، که همچنین عضو مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی UCI Sue & Bill  است، می‌گوید: در رشد جنین انسان، سیستم عصبی یکی از اولین ساختارهایی است که شکل می‌گیرد، بنابراین منطقی است که سلول‌های بنیادی که در مراحل تکوینی اولیه هستند، بهترین عملکرد را در تولید ارگانوئیدهای مغز دارند. سپس محققان دریافتند که بهترین راه برای نگه داشتن سلول‌های بنیادی انسانی در یک وضعیت تکوینی اولیه مناسب برای تشکیل ارگانوئید، هم کشتی آنها در ظرفی با سلول‌های پوست موش است که به آنها تغذیه فیبروبلاست می‌گویند، زیرا این سلول‌ها سیگنال‌های شیمیایی ضروری و پشتیبانی ساختاری را ارائه می‌کنند و به سلول‌های بنیادی کمک می‌کند تا در طول زمان رشد کنند و نابالغی خود را حفظ کنند. آنها همچنین کشف کردند که استفاده از سلول‌های موش می‌تواند ارگانوئیدها را برای توسعه درمان‌های سلولی برای جایگزینی بافت‌های عصبی بیمار یا آسیب‌دیده مناسب‌تر کند. علاوه بر این، این روش‌های پشتیبانی شده با تغذیه سلولی بسیار پر زحمت‌تر از روش‌های رشد سلول‌های بنیادی هستند که بسیاری از آزمایشگاه‌ها به طور معمول از آن استفاده می‌کنند.

نقش مهم ابرخانواده مولکول‌های TGFB در ایجاد ارگانوئیدهای با کیفیت بالا

این تیم در ادامه به توالی یابی RNA و تجزیه و تحلیل محاسباتی در تلاش برای مشخص کردن تفاوت‌های ژنتیکی بین سلول‌های بنیادی که ارگانوئیدهای خوب تولید می‌کنند و سلول‌هایی که تولید نمی‌کنند، روی آوردند. در این تحقیق آنها موفق شدند چهار مولکول را شناسایی کنند که همه آنها متعلق به ابرخانواده مولکول‌های فاکتور رشد تبدیل کننده بتا (TGFB) (این خانواده مسئول نگه داشتن سلول‌های بنیادی در وضعیت اولیه تکوینی هستند) بودند. بنابراین افزودن این چهار مولکول به سلول‌های بنیادی در حال تکوین 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. نوویچ گفت: ما در نهایت به این نتیجه رسیدیم که در کار تولید ارگانوئید« علیرغم حذف سلول‌های موشی از پروتکل کاری، لازم است برخی از مزایای آن‌ها را برای تشکیل ارگانوئید حفظ کنیم، زیرا این کار ما را به اهداف خود در مطالعه و توسعه درمان‌ بیماری‌های عصبی پیچیده نزدیک‌تر می‌کند.»

پایان مطلب/.