به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان در مطالعه ای نشان دادند که ارگانوئیدهای مغزی تولید شده در آزمایشگاه سبب روشن شدن نحوه تکامل مغز انسان می‌شوند. دکتر Michael Heide، مدیر گروه تحقیقاتی تکوین و تکامل مغزگفت: مطالعات روی حیوانات (میمون‌های بزرگ) به دلیل نگرانی‌های اخلاقی مدت‌هاست که در اروپا ممنوع شده است. استفاده از ارگانوئیدها یا  شبه اندام های بدن (ساختارهای سلولی سه بعدی هستند که می توانند در آزمایشگاه تولید شوند و اندازه آنها فقط چند میلی متر است) جایگزینی مناسب برای استفاده از حیوانات در مطالعات است. این ارگانوئیدها را می‌توان با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان ایجاد کرد و سپس با استفاده از مواد تمایزی عصبی، به انواعی از سلول‌های خاص مانند سلول‌های عصبی تبدیل کرد. این تیم مطالعاتی توانست با استفاده از این روش ارگانوئیدهای مغز شامپانزه و انسان را ایجاد کند. نتایج این مطالعه 13 سپتامبر 2022، در مجله EMBO Reports به چاپ رسید.

دانشمندان در مطالعات قبل‌تر نیز ژن‌هایی را مشخص کرده بودند که نقشی اساسی در تکامل مغز انسان نسبت به سایر نخستی‌ها داشته‌اند، در واقع این ژنها موجب افزایش چشمگیری در اندازه مغز و تسهیل پیشرفت‌های شناختی انسانی شده‌اند و به تعریفی به معنای انسان بودن کمک کرده‌اند. به گفته محققان، این ژن‌ها که فقط در انسان‌ها یافت می‌شوند، بین 3 تا 4 میلیون سال پیش( درست قبل از دوره‌ای که رکوردهای فسیلی نشان‌دهنده بزرگ شدن چشمگیر مغز در گونه‌های اجدادی انسان شده باشد) ظاهر شدند.

عملکرد ژن‌های مرتبط با تکامل مغز انسان

این ژن‌ها به ویژه در سلول‌های بنیادی عصبی قشر مغز، لایه بیرونی مغز که مسئول بالاترین عملکردهای ذهنی مانند شناخت، زبان، حافظه، استدلال و هوشیاری است، فعال هستند. همچنین گزارش شده است که این ژن‌ها رشد سلول‌های بنیادی قشر مغز به سلول‌های عصبی را در جنین به تاخیر می‌اندازند و از این طریق به تولید تعداد بیشتری سلول عصبی بالغ در این ناحیه مغز کمک می‌کنند. در واقع قشر مغز تا حد زیادی مشخص می‌کند که ما به عنوان یک گونه چه کسی هستیم.

ارگانوئیدی‌های مغزی

ارگانوئیدها ساختارهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی هستند که در شرایط آزمایشگاهی تولید می‌شوند این ساختارها برای شکل گیری تحت سطحی از خود سازماندهی قرار می‌گیرند و حداقل تا حدی شبیه اندام‌های درون تنی هستند . تولید ارگانوئید به توانایی برجسته سلول‌های بنیادی در خود سازماندهی به ساختارهای بافتی پیچیده بستگی دارد. این ساختارهای خودسازمان‌یافته ممکن است شامل مناطقی باشند که نواحی مختلف مغز را جمع‌آوری می‌کنند، که اغلب به عنوان «ارگانوئیدهای مغزی» شناخته می‌شوند، که منعکس کننده حضور گسترده مناطق مغز انسان در داخل بدن است. از طرف دیگر، ارگانوئیدهای مغز ممکن است یک فنوتیپ ساختاری را نشان دهند که مناطق خاصی از مغز را تقلید می‌کند، بدین سبب به آن ارگانوئیدهای یک منطقه خاص نیز گفته می‌شود.

ژن ARHGAP11B مسئول بزرگ شدن ساختار مغز در پریمات‌ها یا نخستی‌ها است

این گروه تحقیقاتی در مطالعه قبلی خود، نشان دادند که ژن ARHGAP11B مسئول بزرگ شدن ساختار مغز در پریمات‌ها یا نخستی‌ها است. با این حال، در مطالعه قبلی میزان اهمیت نقش این ژن مشخص نبود، زیرا سوال مطرح شده این بود که آیا ژن ARHGAP11B در بزرگ شدن تکاملی نئوکورتکس انسان نقش عمده ای دارد یا جزئی ؟ بنابراین این سوال بی پاسخ باقی مانده بود. Wieland Huttner از مؤسسه زیست‌شناسی سلولی مولکولی و ژنتیک ماکس پلانک، یکی از سه نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «این ارگانوئیدهای مغزی به ما اجازه دادند تا یک سؤال اصلی در مورد ARHGAP11B را بررسی کنیم. بنابراین برای روشن شدن این موضوع که آیا ژن ARGHAP11B باعث تکثیر سلول‌های بنیادی مغز شامپانزه می‌شود و اینکه آیا این ژن برای افزایش اندازه نئوکورتکس لازم است؟ابتدا ژن ARGHAP11B در ساختارهای شبه بطن‌ مغزی شمپانزه‌ای قرار داده شد.  مایکل هاید، نویسنده ارشد این مطالعه و سرپرست تیم تحقیق، گفت: "مطالعه ما نشان می‌دهد که ژن موجود در ارگانوئیدهای شامپانزه باعث افزایش تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی مغز در نواحی مربوطه و افزایش نورون‌هایی می‌شود که نقش مهمی در توانایی‌های ذهنی خارق العاده انسان دارند.

نتایج کسب شده بعد از حذف ژن ARGHAP11B

Julia Ladewig از HITBR، سومین نویسنده اصلی، می‌افزاید: «با توجه به این نقش مهم ARHGAP11B، می‌توان تصور کرد که برخی از فرایندهای تکوینی نادرست نئوکورتکس ممکن است ناشی از جهش در این ژن باشد.» زیرا در این بررسی ما مشاهده کردیم هنگامی که ژن ARGHAP11B در ارگانوئیدهای مغز انسان حذف شد یا عملکرد پروتئین ARHGAP11B مهار شد، تعداد این سلول‌های بنیادی مغز به اندازه تعداد سلول‌های یک شامپانزه کاهش یافت. مایکل هاید می‌گوید: بنابراین در نهایت ما توانستیم نشان دهیم که ARHGAP11B نقش مهمی در رشد نئوکورتکس در طول تکامل انسان بازی می‌کند.

نحوه ارزیابی بیان ژن در ارگانوئید مغزی

این محققان توانستند یک ارگانوئید مغزی با اندازه حدود 3 میلی متر از سلول های بنیادی یک شامپانزه به عنوان یک پریمات نزدیک به انسان تولید کنند که در ساختار این ارگانوئید سلول‌های بنیادی را به رنگ قرمز قرمز و سلول های بنیادی مغزی که ژن ARHGAP11B را دریافت کرده  بودند به رنگ سبز نشان دادند. در ادامه نیز برای نشان دادن فعالیت عملکردی ارگانوئید مغزی ساخته شده از سلول‌های بنیادی یک انسان، با استفاده از رنگامیزی، به خوبی فعالیت سلول های بنیادی در حال تکثیر را با ترکیبی از رنگ‌های قرمز و آبی، نشان دادند.

بودجه این کار توسط مؤسسه زیست‌شناسی سلولی مولکولی و ژنتیک ماکس پلانک تامین شده است.

پایان مطلب/.