به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان در مقاله‌ای جذاب در سال 2021 گزارش دادند که مغزهای کوچکی در آزمایشگاه از سلول‌های بنیادی رشد داده‌اند، که به طور خود به خود ساختارهای ابتدایی چشم را ایجاد کردند. زیرا روی ارگانوئیدهای کوچک مغز مشتق شده از انسان که در ظروف رشد کردند، ساختارهای چشمی همانند دو فنجان نوری متقارن دو طرفه رشد کردند که منعکس کننده ساختار چشمی رشدیافته در جنین انسان است. این نتیجه باورنکردنی به ما کمک کرد تا روند تمایز و رشد چشم و همچنین بیماری‌های چشمی را بهتر درک کنیم. جی گوپالاکریشنان، عصب شناس از بیمارستان دانشگاهی دوسلدورف در آلمان، گفت: کار ما توانایی قابل توجه ارگانوئیدهای مغز را برای تولید ساختارهای حسی اولیه که حساس به نور هستند و انواع سلولی مشابه سلول‌های موجود در بدن را در خود جای می‌دهند، نشان می‌دهد. در این مطالعه، گوپالاکریشنان و همکارانش به دنبال مشاهده رشد چشم درون ساختار ارگانوئید مغزی هستند.

تکوین چشم

تکوین چشم در روز 22 جنین زایی با جداسازی بخشی از لوله عصبی از شیارهای دو طرفه در نورواکتودرم شروع می‌شود و وزیکول‌های بینایی را تشکیل می‌دهد. حدود پنج هفته با شکل گیری برون اکتودرم‌های عصبی، یک فرورفتگی در قسمت‌های انتهایی آنها شکل می‌گیرد که منجر به ایجاد دیواره‌ای دوگانه از نورواکتودرم ایجاد می‌شود. این اکتودرم دو جداره باعث ایجاد کاپ بینایی می‌شود. همانطور که لوله عصبی منبسط می‌شود، اکتودرم سطحی در پلاکدهای دو طرفه عدسی به طور همزمان به این فرورفتگی‌های دو طرفه وارد می‌شود و وزیکول‌های عدسی را تشکیل می‌دهد. در ادامه برهمکنش بین کاسه بینایی و وزیکول عدسی منجر به ایجاد شکاف بینایی می‌شود زیرا کاپ بینایی روی شریان هیالوئید را می‌پوشد. به این ترتیب یک شیار (شکاف) در تمام طول لوله عصبی دو جداره فرورفته تشکیل می‌شود که به آن ساقه بینایی می‌گویند که عصب بینایی آینده است. این شیار حاوی شریان هیالوئید است و به آن اجازه می‌دهد تا اتاقک داخلی چشم را بدون نیاز به حمله به نورواکتودرم تامین کند. در طول هفته هفتم، لبه‌های شکاف بینایی با هم ترکیب می‌شوند و بیشترین نقطه قرارگیری این لبه‌ها به مردمک تبدیل می‌شود. در حالی که لبه‌های شکاف بسته می‌شوند، دو لایه نورواکتودرم که ساقه را تشکیل می‌دهند به تکثیر خود ادامه می‌دهند تا جایی که به هم چسبیده و در هم ادغام می‌شوند. سلول‌های لایه داخلی بافت عصبی با یکدیگر تعامل می‌کنند و یک شبکه عصبی را تشکیل می‌دهند و در نتیجه عصب بینایی متولد می‌شود. ولی درنهایت یک فضای توخالی باریک در داخل ساقه باقی می‌ماند که حاوی باقیمانده شریان هیالوئید است که باعث ایجاد شریان مرکزی شبکیه می‌شود. بنابراین اکنون ساختار چشم کامل شده است.

اهمیت ارگانوئیدهای مغزی

ارگانوئیدها کشت‌های بافتی کوچک و سه بعدی هستند که می‌توانند اندام‌ها را تکثیر کنند. این ارگانوئیدها می‌توانند به مطالعه تعاملات مغز و چشم در طول مراحل تکوینی جنین، مدل‌سازی اختلالات مادرزادی شبکیه، و تولید انواع سلول‌های شبکیه ویژه بیمار برای آزمایش‌های دارویی شخصی و درمان‌های پیوند کمک کنند.» ارگانوئیدهای مغزی مغز واقعی نیستند، همانطور که ممکن است به آنها فکر کنید. آنها ساختارهای کوچک و سه بعدی هستند که از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی رشد می‌کنند - سلول‌هایی که از انسان‌های بالغ برداشت شده و با مهندسی معکوس به سلول‌های بنیادی تبدیل شده‌اند، که پتانسیل رشد به انواع مختلف بافت را دارند. بنابراین چنین "مغزهای کوچک" برای اهداف تحقیقاتی که در آن استفاده از مغزهای زنده واقعی غیرممکن است، یا حداقل از نظر اخلاقی دشوار است، همینطور برای آزمایش پاسخ‌های دارویی و یا مشاهده رشد سلولی در شرایط نامطلوب بیماری، کارایی دارند.

رشد ساختارهای بینایی از سلول‌های بنیادی جنینی

در تحقیقات قبلی، دانشمندان دیگر از سلول‌های بنیادی جنینی برای رشد فنجان های بینایی استفاده کرده بودند، ساختارهایی که تقریباً در کل کره چشم در طول رشد جنینی رشد می‌کنند. و تحقیقات دیگر ساختارهای فنجان مانند نوری را از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ایجاد کردند. اینبار تیم Gopalakrishnan به جای رشد مستقیم این ساختارها، می‌خواستند ببینند که آیا می‌توان آنها را به عنوان بخشی از ارگانوئیدهای مغزی رشد داد. بنابراین مشاهده ایجاد دو نوع بافت باهم، به جای رشد ساختارهای اپتیکی تنها از اهمیت‌های زیادی برخوردار است.

ارائه پروتکلی جدید برای مطالعه تکوین چشم

محققان در مقاله خود نوشتند: "تکوین چشم یک فرآیند پیچیده است و درک آن می‌تواند زمینه ساز پایه مولکولی بیماری‌های اولیه شبکیه باشد. بنابراین، مطالعه وزیکول‌های بینایی که قسمت اولیه چشم هستند که انتهای نزدیک آن به مغز جلویی متصل است و برای شکل‌گیری مناسب چشم ضروری است، بسیار مهم است. کار قبلی در تکوین ارگانوئیدها شواهدی از سلول‌های شبکیه را نشان داد، اما این سلول‌ها ساختارهای نوری ایجاد نکردند، بنابراین تیم پروتکل‌های خود را تغییر داد. آنها تلاشی برای ایجاد سلول‌های عصبی در مراحل اولیه تمایز عصبی نکردند و رتینول استات را به عنوان کمکی به رشد چشم به محیط کشت اضافه کردند. مغز نوزاد آنها که به دقت مراقبت شده بود، از 30 روز پس از رشد، فنجان‌های بینایی را تشکیل داد که ساختارها به وضوح در 50 روزگی قابل مشاهده بودند. این با زمان‌بندی رشد چشم در جنین انسان مطابقت دارد، به این معنی که این ارگانوئیدها می‌توانند برای مطالعه پیچیدگی‌های این فرآیند مفید باشند. پیامدهای دیگری نیز وجود دارد. فنجان‌های بینایی حاوی انواع مختلفی از سلول‌های شبکیه بودند که به صورت شبکه‌های عصبی که به نور پاسخ می‌دادند و حتی حاوی عدسی و بافت قرنیه بودند، سازماندهی شدند. در نهایت، ساختارها اتصال شبکیه به مناطقی از بافت مغز را نشان دادند.

یافته‌های جدید این مطالعه

گوپالاکریشنان گفت: «در مغز پستانداران، رشته‌های عصبی سلول‌های گانگلیونی شبکیه، برای اتصال به اهداف مغزی خود دراز می‌کنند، جنبه‌ای که قبلاً هرگز در یک سیستم آزمایشگاهی نشان داده نشده بود». ولی این عمل در این مطالعه مشاهده شد و قابل تکرار بود. از 314 ارگانوئید مغزی که این تیم ایجاد کرد، 73 درصد آنها فنجان‌های بینایی را توسعه دادند. به گفته محققان، این تیم امیدوار است که استراتژی‌هایی برای زنده نگه داشتن این ساختارها در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر برای انجام تحقیقات عمیق‌تر با پتانسیل عظیم ایجاد کند. آنها در مقاله خود نوشتند: "آنها توانستند ارگانوئیدهای مغز حاوی وزیکول نوری که انواع سلول‌های عصبی بسیار تخصصی را نشان می‌دهند را توسعه دهند و راه را برای تولید ارگانوئیدهای شخصی و صفحات اپیتلیال رنگدانه شبکیه برای پیوند هموار کنند." ما معتقدیم که [اینها] ارگانوئیدهای نسل بعدی هستند که به مدل‌سازی رتینوپاتی‌هایی که از اختلالات اولیه عصبی ناشی می‌شوند کمک می‌کنند.» نتایج این تحقیق در Cell Stem Cell منتشر شده است.

پایان مطلب/.