به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان یک مدل ارگانوئید مغز انسان را توسعه داده‌اند که تمام انواع سلول‌های اصلی مخچه را تولید می‌کند، مخچه ناحیه‌ای از مغز عقبی است که عمدتاً از دو نوع سلول ضروری  به نام سلول‌های گرانول و نورون‌های پورکنژ برای حرکت، شناخت و احساسات تشکیل شده است. تاکنون تحقیقات موفقیت­‌آمیزی در مورد چگونگی ایجاد بیماری­‌های مرتبط با مخچه انسان به دلیل نیاز به یک سیستم مبتنی بر سلول انسانی که تنوع سلولی و ویژگی های عملکردی مخچه انسان را دارد، صورت نگرفته است. این اولین باری است که دانشمندان موفق به رشد سلول‌های پورکنژ شده‌اند که دارای ویژگی‌های مولکولی و الکتروفیزیولوژیک نورون‌های عملکردی در یک سیستم تماما انسانی هستند. در همین راستا برای اولین بار برای دانشمندان سلول‌های بنیادی USC، آزمایشگاه جورجیا کوادراتو، استادیار زیست شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی، یک مدل ارگانوئید مغز انسان را پیشگام کرده است که تمام انواع سلول‌های اصلی مخچه را تولید می‌کند.

مخچه و اختلالات ناشی از نقص عملکرد آن

مخچه حرکت را کنترل می‌کند و نقش مهمی در عملکردهای شناختی از جمله زبان، پردازش فضایی، حافظه کاری، عملکردهای اجرایی و پردازش عاطفی ایفا می‌کند. انحطاط سلول‌های پورکنژ با اختلالات عصبی تکوینی مانند اختلال طیف اوتیسم و آتاکسی مخچه، وضعیتی که بر حرکت عضلات تأثیر می‌گذارد،مرتبط است. لازم به دکر است که اختلالات مخچه متعدد  است، از جمله آنها ناهنجاری دندی واکر، هیپوپلازی ورمیس مخچه، و مدولوبلاستوما، شایع ترین تومور مغزی متاستاتیک در دوران کودکی است، می‌باشد. سایر اختلالات مخچه، از جمله اختلال طیف اوتیسم (ASD) و آتاکسی، با انحطاط سلول‌های پورکنژ و نورون‌های خروجی اصلی قشر مخچه مرتبط است. این اختلالات عمدتاً در مدل‌های موش مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، که نمی‌توانند به طور کامل فنوتیپ‌های بیماری انسانی را خلاصه کنند. نمونه ای از این موارد شامل ناتوانی موش‌ها در بیان مجدد فنوتیپ از دست دادن سلول پورکنژ است که در بیماران مبتلا به آتاکسی تلانژکتازی مشاهده شده است. بنابراین، نیاز مبرمی به توسعه یک سیستم کشت مبتنی بر سلول تمام انسانی که قادر به تولید سلول‌های کاربردی پورکنژ باشد، وجود دارد.

ارائه بستری برای بررسی تکوین و اختلالات مخچه

کوادراتو، استادیار مرکز Eli and Edythe Broad CIRM برای پزشکی احیا کننده و تحقیقات سلول‌های بنیادی در دانشکده پزشکی کک USC در این خصوص توضیح داد: با توجه به اینکه اختلال در عملکرد مخچه با بیماری اوتیسم و آتاکسی_مخچه، با تاثیر بر حرکت عضلات همراه است. این اختلالات، عمدتاً در مدل‌های موشی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، که به دلیل متفاوت بودن زیرگروه­‌های عصبی و افزایش پیچیدگی­‌ها در مخچه انسان، امکان تعمیم دادن آن­‌ها به انسان وجود ندارد. ولی اکنون «این ساختار از دو نوع سلول لازم برای حرکت، شناخت و احساس تشکیل شده است: سلول‌های گرانول و نورون های پورکنژ. این اولین باری است که دانشمندان موفق به رشد سلول‌های پورکنژ شده‌اند که دارای ویژگی‌های مولکولی و الکتروفیزیولوژیک نورون‌های عملکردی در یک سیستم تماما انسانی هستند. این پیشرفت‌ها در مدل‌سازی مغز ارگانوئیدی اخیراً در مجله Cell Stem Cell منتشر شده است. تکامل و بلوغ همزمان انواع سلول‌های اصلی مخچه در حال رشد در یک مدل ارگانوئیدی انسان، راه جدیدی برای کشف زیست‌شناسی زیربنایی رشد و اختلالات مخچه و پیشبرد مداخلات درمانی ارائه می‌کند.».

ارگانوئید مخچه و ویژگی‌های آن

نورون‌های درون ارگانوئیدهای ایجادشده - هم نورون‌های تحریک‌کننده که اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند، و هم نورون‌های بازدارنده که مانع از اشتراک‌گذاری اطلاعات می‌شوند - مدارهایی تشکیل دادند و فعالیت شبکه‌ای هماهنگ را نشان دادند که آنها نیز عضوی از سلول‌های عصبی عملکردی هستند. علاوه بر این، ارگانوئیدها سلول‌های پیش ساز اختصاصی انسان را تشکیل دادند که با مدولوبلاستوما، شایع ترین تومور متاستاتیک مغز در کودکان مرتبط است. این باعث می‌شود که ارگانوئیدها به یک مدل بالقوه مفید برای مطالعه و یافتن درمان برای این سرطان کودکان تبدیل شوند. با توجه به نشانه‌های بیرونی مناسب، ارگانوئیدها می‌توانند برای تشکیل ویژگی‌های تشریحی مانند لایه‌هایی که منعکس کننده رشد طبیعی مغز جنینی هستند، تحریک شوند. مدل ارگانوئیدی بستری جدید برای کشف درمان‌های جدید برای انواع بیماری‌ها ایجاد می‌کند.

درباره مطالعه و نتایج کسب شده

در اینجا، ما یک مدل ارگانوئیدی را گزارش کردیم که به بقای طولانی‌مدت سالم و بلوغ سلول‌های مخچه عملکردی، از جمله نورون‌های پورکنژ می‎پردازد. درواقع در یک زمینه سه‌بعدی تماماً انسانی به ما اجازه می‌دهد تا به یک چالش طولانی مدت در این زمینه رسیدگی کنیم. ما نشان می‌دهیم که ارگانوئیدهای مخچه به طور قابل اعتمادی مناطق بطنی و RL که از نظر فضایی جدا شده‌اند، را ایجاد می‌کنند، که همین موضوع باعث تنوع سلولی CB انسان در داخل و در بین رده‌های سلولی متعدد می‌شود. در 2 ماه در طول کشت، ما ظهور یک لایه‌بندی آرام سازمان‌یافته با زیرگروه‌های عصبی مخچه‌ای مهاری و تحریک‌کننده را مشاهده کردیم که از نظر عملکردی به هم متصل هستند و فعالیت هماهنگ را نشان می‌دهند، که در طی یک دوره 6 ماهه در کشت این لایه بندی افزایش می‌یابد. در نهایت، کشت طولانی‌مدت ارگانوئیدهای مخچه به بلوغ سلول‌های پورکنژ اجازه می‌دهد که مشخصات ترانسکریپتومی و ویژگی‌های الکتروفیزیولوژیک نورون‌های عملکردی را نشان ‌دهند. در این مدل با استفاده از پروتکلی تکرارپذیر، تمام انواع سلول‌های اصلی و سلول­‌های پشتیبان مخچه که دارای ویژگی‌های مولکولی و الکتروفیزیولوژیک نورون‌های عملکردی هستند، تولید می‌شود. تکوین و بلوغ همزمان انواع سلول‌های اصلی مخچه در یک مدل ارگانوئیدی، راه جدیدی برای کشف مکانیسم­‌های زیست‌شناسی تکوین و اختلالات_مخچه و بستری برای توسعه‌ی درمان‌های جدید فراهم می‌کند. الکساندر آتامیان، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه کوادراتو و اولین نویسنده مطالعه سلول‌های بنیادی سلولی، گفت: «این مطالعه از نظر فیزیولوژیکی یک سیستم مدل کاملاً انسانی را برای روشن کردن مکانیسم‌های تنوع سلولی خاص حاکم بر تکوین و بیماری مخچه ارائه می‌دهد.

پایان مطلب/.