به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان مدت‌هاست که تلاش کرده‌اند تا تحقیقات حیوانی را به دنیای بالینی ترجمه کنند و این روش جدید، مسیر تحقیقات ترجمه‌ای را از آزمایشگاه به کلینیک آسان‌تر می‌کند.» در همین راستا محققان دانشگاه میشیگان روشی را برای تولید مغزهای مینیاتوری رشد یافته مصنوعی - به نام ارگانوئیدهای مغز انسان - عاری از سلول‌های حیوانی، بکاربردند که در این روش جدید از یک ماتریکس خارج سلولی مهندسی شده بدون اجزای حیوانی استفاده می‌کند که نوروژنز ارگانوئیدهای مغز را بهبود می‌بخشد.، زیرا تاکنون برای کشت و رشد ارگانوئیدهای مغزی از ماده ای به نام ماتریژل به دست آمده از سارکوم موش بکارگرفته می‌شد که به دلیل ترکیب و تنوع نامشخص سلولی در ارگانوئید بدست آمده منجر به عواقب بعدی یعنی ناسازگاری با بافت میزبان می‌شد. این پیشرفت امکان تکرار دقیق تری از شرایط مغز انسان را فراهم می‌کند و می‌تواند درهایی را برای درمان بیماری‌های عصبی مانند ALS و آلزایمر باز کند. علاوه بر این  Joerg Lahann، نویسنده ارشد، مدیر مؤسسه U-M Biointerfaces و استاد دانشگاه ولفگانگ پاولی، گفت: «این پیشرفت در توسعه ارگانوئیدهای مغز انسان عاری از اجزای حیوانی به گام‌های قابل توجهی در درک زیست‌شناسی عصبی تکوینی کمک می‌کند.

اختلالات مغزی

اختلالات مغزی علت اصلی ناتوانی و دومین علت مرگ و میر در سطح جهان است. سکته مغزی، زوال عقل، از جمله بیماری آلزایمر و پارکینسون، مولتیپل اسکلروزیس، عفونت‌های مغزی، و سرطان‌های مغز زمینه ساز نرخ بالای مرگ و میر هستند که به همراه سردرد، صرع، ناتوانی ذهنی و اختلال طیف اوتیسم منجر به عوارض قابل توجهی می‌شود. بار جهانی بیماری‌های مغزی متفاوت است، اما به طور متوسط حداقل 20 درصد از کل افراد زنده به بیماری مغز مبتلا هستند. در ایالات متحده. علیرغم سرمایه گذاری‌های طولانی مدت در تحقیقات پایه و بالینی، بیشتر بیماری‌های مغزی غیرقابل درمان باقی مانده‌اند.

مدل‌های حیوانی

در طول 35 تا 40 سال گذشته، موش تا حد زیادی به پرمصرف ترین مدل حیوانی برای تحقیقات روی بیماری‌ها تبدیل شده است. موش‌ها و انسان‌ها حدود 80 میلیون سال از هم دور شده اندو فاصله تکاملی دارند و بدون شک تحت فشارهای انتخابی مختلف قرار گرفته اند. با این وجود، ژنوم آنها بسیار مشابه باقی مانده است، با حدود 95٪ به اشتراک گذاری ژن‌های کد کننده پروتئین آنها، ولی باز هم در بسیاری از مکانیسم‌های تکوینی باهم متفاوت هستند. علیرغم اینکه مدل‌های موش برای تحقیق در مورد برخی بیماری‌های مغزی مفید هستند و بسیاری از آنها برای شایع‌ترین شرایط مغزی، به عنوان مثال، بیماری آلزایمر یا آسیب‌های مغزی تروماتیک ساخته شده‌اند. در همین راستا ارگانوئیدهای مغزی به سرعت به عنوان ابزاری امیدوارکننده برای مطالعه رشد طبیعی جنینی مغز و ریشه های مکانیکی اختلالات رشد عصبی شناخته شده اند. بیشتر مطالعات اخیر بر اساس ارگانوئیدهای مغزی مشتق شده از سلول های بنیادی پرتوان انسانی (PSCs) است، زیرا اینها احتمالاً بهترین راه برای درک رشد طبیعی و بیماری انسان هستند. با این حال، ارگانوئیدهای مغزی رشد یافته از سلول‌های موش به خاطر دوری تکاملی از انسان، نمیتواند مدل مناسبی برای کاربردهای درمانی آینده باشد.

ارگانوئیدهای مغز انسان

ارگانوئیدهای مغزی تولید شده از سلول‌های بنیادی پرتوان مدل‌های کوچک‌سازی شده مغز در شرایط آزمایشگاهی هستند که بیشتر از کشت‌های سلولی دو بعدی معمولی شبیه مغز کامل هستند. اگرچه ارگانوئیدهای مغزی از تعاملات شبکه سلول به سلول مغز انسان را تقلید می‌کنند، اما معمولاً نمی‌توانند به طور صادقانه تعاملات سلول به ماتریس را نشان دهند. در طول تحقیقات یک دهه گذشته در مورد بیماری‌های عصبی، دانشمندان استفاده از ارگانوئیدهای مغز انسان را به عنوان جایگزینی برای مدل‌های موش بررسی کرده اند. ولی لازم به ذکر است که این روش با ترکیب نسبتاً نامشخص و تنوعی از سلول‌های مختلف، دارای معایب قابل توجهی است.

ایده ای نو برای حل مشکل بستر کشت ارگانوئیدهای مغزی

تا به حال، برای ایجاد شبکه مهندسی شده از پروتئین‌ها و مولکول‌هایی که به سلول‌های ارگانوئیدهای مغزی ساختار خاصی بدهد، از ماده‌ای معروف به ماتریس خارج سلولی که اغلب از ماده ای به نام ماتریژل مشتق شده از سارکوم موش است، استفاده می‌شد. از طرفی این بافت‌های سه‌بعدی که از سلول‌های بنیادی جنینی یا پرتوان مشتق شده‌اند، ساختار پیچیده مغزی را در مقایسه با کشت‌های دو بعدی معمولی مدل‌سازی می‌کنند.  آخرین تحقیق U-M که در Annals of Clinical and Translational Neurology منتشر شده است، راه حلی برای غلبه بر نقاط ضعف ماتریژل ارائه می‌دهد. به بیانی دیگر در اینجا، یک چارچوب مهندسی شده، به نام ماتریکس خارج سلولی مهندسی شده (EECM)، برای ارائه پشتیبانی و تعاملات سلول به ماتریس برای رشد ارگانوئیدهای مغزی ایجاد شد.

ماتریس‌های خارج سلولی مهندسی شده

ماتریس‌های خارج سلولی به کار رفته در این ارگانوئیدهای مغزی از فیبرونکتین انسانی تشکیل شده بود، فیبرونکتین پروتئینی است که به عنوان یک ساختار طبیعی برای چسبیدن، تمایز و بلوغ سلول‌های بنیادی عمل می‌کند. این پروتئین‌ها توسط یک داربست پلیمری بسیار متخلخل پشتیبانی می‌شدند. ارگانوئیدها برای ماه‌ها کشت داده شدند، در حالی که کارکنان آزمایشگاه به دلیل همه‌گیری COVID-19 قادر به ورود به ساختمان نبودند.

نتایج بدست آمده از مطالعه

محققان با استفاده از داده پروتئومیکس بدست آمده دریافتند که ارگانوئیدهای مغزی آنها مایع نخاعی مغزی را تولید می‌کنند(مایع شفافی که در اطراف مغز و نخاع سالم جریان دارد). این مایع در مقایسه با یک مطالعه برجسته در مورد ارگانوئیدهای مغز انسان که در Matrigel تکوین یافته بود، با CSF انسان بالغ مطابقت بیشتری داشت.

آیشه مونیز، اولین نویسنده این مقاله، Ph.D، که دانشجوی فارغ التحصیل در U-M Macromolecular Science بود، گفت: زمانی که مغز ما به طور طبیعی در رحم رشد می‌کند، که روی بستری مشابه الگوی طبیعی آن در رحم باشد. ازیرا تحقیقات نشان داده که ارگانوئیدها روی بستری از ماتریکس خارج سلولی تولید شده توسط سلول‌های سرطانی موش(سارکوم) به خوبی رشد نمی‌کند.  بنابراین در این پروژه با قرار دادن سلول‌ها در یک بستر مهندسی شده که بیشتر شبیه محیط طبیعی آنها است، پیش‌بینی کردیم که تفاوت‌هایی را در رشد ارگانوئیدها مشاهده کنیم که صادقانه‌تر از آنچه در طبیعت می‌بینیم تقلید می‌کند.

کاربردهای بالینی این ارگانوئیدها برای درمان بیماری‌ها

اوا فلدمن، دکترا، مدیر مرکز عالی ALS در U-M و جیمز دبلیو، یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: موفقیت این ارگانوئیدهای مغزی انسان بدون سلول‌های بیگانه حیوانی ، در را برای برنامه ریزی مجدد با سلول‌های بیماران مبتلا به بیماری‌های عصبی باز می‌کند. آلبرز استاد ممتاز نورولوژی در دانشکده پزشکی U-M. فلدمن می‌گوید: با این روش «امکان گرفتن سلول‌های بنیادی از یک بیمار مبتلا به بیماری‌هایی مانند ALS یا آلزایمر و اساساً ساختن یک مغز کوچک آواتار از آن بیماران برای بررسی درمان‌های احتمالی یا مدل‌سازی چگونگی پیشرفت بیماری وجود دارد.» افزون بر این نکات، این مدل‌ها راه دیگری برای پیش‌بینی بیماری و مطالعه درمان در سطح شخصی برای شرایطی ایجاد می‌کنند که اغلب از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت است.»

پایان مطلب/.