به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دو تیم تحقیقاتی مستقل با استفاده از نورون‌های رشد یافته از سلول‌های بنیادی رت، مدارهای مغز رت را در موش‌ها بازسازی کردند. هر دو مطالعه که در 25 آوریل در ژورنال Cell منتشر شد، بینش‌های ارزشمندی را در مورد چگونگی شکل‌گیری بافت مغز و ارائه فرصت‌های جدید برای بازگرداندن عملکرد از دست رفته مغز به دلیل بیماری و پیری ارائه می‌دهد.

تولید اندام در حیوانات کایمر بین گونه ای با روش تکمیل سازی بلاستوسیست

پیشرفت‌ها در کایمراهای بین گونه‌ای و مکمل‌سازی بلاستوسیست امیدی را در رفع کمبود جهانی اندام‌های اهداکننده ایجاد کرده و درک ما را از مکانیسم‌های مولکولی و سلولی درگیر در اندام‌زایی گسترش داده است. تکمیل‌سازی بلاستوسیست شامل تزریق سلول‌های بنیادی پرتوان اهداکننده کایمرا (PSCs) به بلاستوسیست‌های میزبان جهش یافته است که فاقد یک یا چند ژن ضروری برای رشد یک اندام خاص هستند. از طریق تشکیل کایمرا درون یا بین گونه‌ای، PSCهای اهداکننده می‌توانند محل خالی اندام درحال تکوین را پر کنند و اندام‌های مشتق شده از PSCهای دهنده را در میزبان تولید کنند. مطالعات قبلی تکمیل سازی بلاستوسیست درون گونه‌ای را با موفقیت برای بافت‌های مختلف موش از جمله پانکراس، تیموس، کلیه، قلب، کبد، ریه، سلول‌های زایا و مغزجلویی نشان داده‌اند.

معرفی دو تیم پژوهشی و دو روش تحقیقی مجزا

کریستین بالدوین، استاد دانشگاه کلمبیا در نیویورک و نویسنده مسئول یکی از این دو مقاله، می‌گوید: «این تحقیق به نشان دادن انعطاف‌پذیری بالقوه مغز در استفاده از مدارهای عصبی مصنوعی برای بازیابی عملکردهای مغز کمک می‌کند. تیم بالدوین با استفاده از سلول‌های بنیادی رت‌ها، مدارهای عصبی بویایی رت، نورون‌های به هم پیوسته در مغز که مسئول حس بویایی هستند و عملکرد آنها را بازسازی کردند. Wu دانشیار مرکز پزشکی جنوب غربی دانشگاه تگزاس در دالاس و نویسنده مرتبط می‌گوید: «توانایی تولید بافت‌های مغزی از یک گونه در گونه‌های دیگر می‌تواند به ما در درک تکوین و تکامل مغز در گونه‌های مختلف کمک کند. تیم Wu یک پلتفرم مبتنی بر CRISPR ایجاد کرد که می‌تواند به طور موثر ژن‌های خاصی را که باعث رشد بافت‌های خاص می‌شوند شناسایی کند. آنها پلتفرم را با خاموش کردن ژن مورد نیاز برای رشد پیش‌مغز در موش و سپس بازسازی بافت با استفاده از سلول‌های بنیادی موش آزمایش کردند.

تولید اندام در حیوانات بین گونه‌ای

رت‌ها و موش‌ها دو گونه متمایز هستند که به طور مستقل برای تقریباً 20 تا 30 میلیون سال تکامل یافته اند. در آزمایش‌های قبلی، دانشمندان توانستند با استفاده از سلول‌های بنیادی موش از طریق فرآیندی به نام تکمیل کردن بلاستوسیست، پانکراس را در موش‌ها جایگزین کنند. برای اینکه این فرآیند کار کند، محققان سلول‌های بنیادی رت را به بلاستوسیست‌های موش – جنین‌های مرحله اولیه – تزریق می‌کنند که به دلیل جهش‌های ژنتیکی توانایی ایجاد پانکراس را ندارند. سپس سلول‌های بنیادی موش به پانکراس از دست رفته تبدیل شده و عملکرد آن را تکمیل می‌کنند.

شیوه تحقیقاتی تیم Wuدر تولید حیوان میزبان مهندسی شده و تولید بافت مغز

اما، تا به امروز، تولید بافت‌های مغز با استفاده از سلول‌های بنیادی از گونه‌های مختلف از طریق مکمل بلاستوسیست گزارش نشده است. اکنون با استفاده از CRISPR، تیم Wu هفت ژن مختلف را آزمایش کردند و دریافتند که حذف Hesx1 می‌تواند موش‌هایی را تولید کند که مغز جلویی ندارند. سپس این تیم سلول‌های بنیادی رت را به بلاستوسیست‌های موش‌های حذفی Hesx1 تزریق کردند و سلول‌های موش‌ها در داخل کنام خالی حیوان میزبان را پر کردند تا یک مغز جلویی در موش‌ها تشکیل شود. رت‌ها مغز بزرگ‌تری نسبت به موش‌ها دارند، اما ‌مغزقدامی با منشأ رت‌ها با سرعت و اندازه مغز موش‌ها رشد می‌کند. علاوه بر این، نورون‌های رت قادر به انتقال سیگنال به نورون‌های موش همسایه و بالعکس بودند.

بررسی عملکرد مغز تولید شده

محققان آزمایش نکردند که آیا مغز جلویی سلول‌های بنیادی موش، رفتار موش‌ها را تغییر می‌دهد یا خیر. Wuمی‌گوید: «فقدان تست‌های رفتاری خوب برای تشخیص رت‌ها از موش‌ها وجود دارد. اما از آزمایش ما، به نظر می‌رسد که این موش‌های دارای مغز جلویی رت‌ها رفتاری غیرعادی از خود نشان نمی‌دهند.

شیوه تحقیقاتی تیم بالودین در ایجاد حیوان میزبان تراریخته

در مطالعه دیگر، تیم بالدوین از ژن‌های خاصی برای کشتن یا خاموش کردن نورون‌های حسی بویایی موش استفاده کردند که برای حس بویایی استفاده می‌شوند و سلول‌های بنیادی رت را به جنین موش تزریق کردند. مدل خاموش کردن از آنچه در اختلالات تکوین عصبی دیده می‌شود، تقلید می‌کند، جایی که نورون‌های خاصی نمی‌توانند به خوبی با مغز ارتباط برقرار کنند. این مدل نورون‌ها را به طور کامل حذف کرد و بیماری‌های دژنراتیو را شبیه سازی کرد. آنها دریافتند که تکمیل بلاستوسیست مدارهای عصبی بویایی رت را بسته به مدل مغز میزبان متفاوت ترمیم می‌کند. هنگامی که نورون‌های موش وجود داشتند اما خاموش بودند، نورون‌های رت به شکل‌گیری مناطق مغزی سازمان‌دهی‌تر در مقایسه با مدل کشتار کمک کردند. با این حال، هنگامی که تیم این کایمرهای رت و موش را با آموزش یافتن یک کوکی پنهان در قفس آزمایش کردند، نورون‌های رت تازه بازسازی شده بهترین رفتارها را به نمایش گذاشتند و کودک را نجات دادند.

بازیابی عملکردهای هر نوع بیماری با ایجاد بافت جدید

بالدوین می‌گوید: «این نتیجه واقعاً شگفت‌انگیز به ما امکان می‌دهد تفاوت‌های بین این دو مدل بیماری را بررسی کنیم و سعی کنیم مکانیسم‌هایی را شناسایی کنیم که می‌تواند به بازیابی عملکردهای هر نوع بیماری مغزی کمک کند.» تیم او همچنین مکمل بلاستوسیست را در موش‌های مدل بیماری با استفاده از سلول‌های رت‌هایی با سیستم بویایی طبیعی آزمایش کرد. آنها نشان دادند که مکمل درون گونه ای یافتن کوکی را در هر دو مدل نجات داد.

درمان بیماری پارکینسون و صرع با روش تکمیل کردن بلاستوسیست

در حال حاضر، افراد در آزمایش‌های بالینی با نورون‌های مشتق از سلول‌های بنیادی برای بیماری پارکینسون و صرع پیوند می‌شوند. چقدر خوب کار خواهد کرد؟ و آیا زمینه‌های ژنتیکی مختلف بین بیمار و سلول‌های پیوند شده مانعی ایجاد خواهد کرد؟ بالدوین می‌گوید: این مطالعه سیستمی را ارائه می‌کند که در آن ما می‌توانیم احتمالات تکمیلی مغزی گونه‌های مشابه را در مقیاسی بسیار بزرگتر از یک کارآزمایی بالینی ارزیابی کنیم. تکمیل کردن بلاستوسیست هنوز با کاربرد بالینی در انسان فاصله زیادی دارد، اما هر دو مطالعه نشان می‌دهند که سلول‌های بنیادی گونه‌های مختلف می‌توانند رشد خود را با مغز میزبان هماهنگ کنند.

رشد اندام‌های انسان در گونه‌های دیگر

دانشمندان همچنین با استفاده از مکمل بلاستوسیست روی رشد اندام‌های انسان در گونه‌های دیگر مانند خوک‌ها آزمایش کرده اند. سال گذشته، دانشمندان با استفاده از سلول‌های بنیادی انسان در خوک‌ها، کلیه‌های جنینی تولید کردند که راه‌حلی بالقوه برای بسیاری از افرادی که در لیست انتظار پیوند هستند، ارائه کردند. "آرزو ما غنی سازی اندام خوک با درصد مشخصی از سلول‌های انسانی، با هدف بهبود نتایج برای دریافت کنندگان عضو است. اما در حال حاضر هنوز چالش‌های فنی و اخلاقی زیادی وجود دارد که قبل از اینکه بتوانیم آن را در آزمایش‌های بالینی آزمایش کنیم، باید بر آنها غلبه کنیم.

مطالعه مغز بسیاری از جوندگان وحشی

علاوه بر پیامدهای مطالعات در پزشکی، تیم‌ها همچنین علاقه مند به استفاده از این رویکرد برای مطالعه مغز بسیاری از جوندگان وحشی هستند که در محیط آزمایشگاهی در دسترس نبودند. بیش از 2000 گونه جونده زنده در جهان وجود دارد. بسیاری از آنها رفتار متفاوتی با جوندگانی دارند که معمولاً در آزمایشگاه مطالعه می‌کنیم. وو می گوید: روش تکمیل کردن بلاستوسیست عصبی بین گونه‌ای به طور بالقوه می‌تواند راه را برای مطالعه چگونگی رشد، تکامل و عملکرد مغز این گونه‌ها باز کند.

پایان مطلب/.