به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، همه پستانداران دارای غدد پستانی هستند که شیر تولید می‌کنند، ویژگی‌ای که برای سال‌ها دانشمندان را مجذوب خود کرده است. سؤالاتی مانند چرایی تکامل غدد پستانی در وهله اول، چگونگی سازگاری آن‌ها با گونه‌های مختلف و فشارهای تکاملی منحصر به فرد که رشد آن‌ها را شکل داده است تا حد زیادی بی‌پاسخ مانده است. برای بررسی چگونگی تکامل گونه‌های مختلف راه‌حل‌های منحصربه‌ فرد برای چالش‌های بیولوژیکی، تیم من در آزمایشگاه راونر دانشکده پزشکی دانشگاه تافتس، تنوع پستانداران را در ظرفی از طریق نسخه‌های مینیاتوری غدد پستانی، ارگانوئیدها بازسازی می‌کند. این مدل‌ها می‌توانند فرآیندهای بیولوژیکی اساسی پشت تولید شیر، بازسازی بافت و مراحل اولیه توسعه سرطان سینه را روشن کنند.

ارگانوئیدها چیست؟

ارگانوئیدها ساختارهای مینیاتوری و سه بعدی هستند که در ظرف کشت سلولی رشد می‌کنند و ساختار و عملکرد اندام‌های واقعی را تقلید می‌کنند. این مدل‌ها با هدایت سلول‌های بنیادی، که توانایی منحصربه‌فردی در تمایز به انواع سلول‌ها دارند، برای تشکیل انواع خاصی از سلول‌های عضو ساخته می‌شوند. در حالی که آن‌ها کپی مینیاتوری دقیقی از اندام‌های با اندازه کامل نیستند، ارگانوئیدها حاوی سلول‌ها و ساختار بافتی کافی برای بازسازی محیط و عملکردهای کلیدی اندامی هستند که مدل‌سازی می‌کنند. به عنوان مثال، یک ارگانوئید غده پستانی یا یک ارگانوئید بافت پستان از مجاری دراز کوچکی تشکیل شده است که به ساختار کروی ختم می‌شود و شبیه مجاری شیر و آلوئول‌های بافت غده است. ارگانوئیدها ابزار قدرتمندی برای تحقیقات بیوپزشکی هستند، زیرا آن‌ها نمایش سه بعدی از ساختار و عملکرد یک اندام را ارائه می‌دهند. برخلاف کشت‌های سلولی دو بعدی سنتی، ارگانوئیدها می‌توانند پیچیدگی بافت‌های واقعی، از جمله معماری و انواع سلول‌های متنوع آن‌ها را تقلید کنند. این محققان را قادر می‌سازد تا فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده مانند توسعه بافت، بازسازی و پیشرفت بیماری را در یک محیط کنترل شده مطالعه کنند، در حالی که اتکا به مدل‌های حیوانی را کاهش می‌دهد.

تنوع پستانداران در یک ظرف

محققان به طور سنتی از ارگانوئیدها برای مدل سازی بیماری‌های انسانی، آزمایش داروها و مطالعه زیست شناسی رشدی استفاده می‌کنند. با این حال، پتانسیل آن‌ها به ویژه در زمینه زیست شناسی تکاملی، بسیار فراتر از این کاربردها است. تحقیقات محققان بر تولید ارگانوئیدهای غدد پستانی از گونه‌های مختلف پستانداران متمرکز است. پستانداران بسیار متنوع هستند و هر گونه با طیف وسیعی از محیط‌ها و شیوه‌های زندگی سازگار است. غده پستانی که برای پرورش فرزندان ضروری است، تنوع قابل توجهی را در بین گونه‌ها نشان می‌دهد. به عنوان مثال، مونوتروم‌ها مانند پلاتیپوس و اکیدنا متعلق به دسته ای منحصر به فرد و قدیمی از پستانداران هستند. مونوترم‌ها از سایر گروه‌های پستانداران تقریباً 190 میلیون سال پیش جدا شده اند و با روش‌های تولید مثلی خود متمایز می‌شوند: تخم گذاری به جای تولد زنده. غدد پستانی آن‌ها به طور قابل توجهی با غدد پستانداران اتری مانند گاوها و انسان‌هایی که نوک سینه دارند متفاوت است. مونوترم‌ها در عوض شیر را از طریق موهای مخصوص پستان ترشح می‌کند. دانشمندان بر این باورند که فشارهای محیطی مختلف و استراتژی‌های تولیدمثلی باعث تکامل اشکال مختلف شیردهی شده است. با این حال، مکانیسم‌های دقیق و مسیرهای تکاملی هنوز تا حد زیادی ناشناخته هستند. با مقایسه ارگانوئیدهای این گونه‌های متنوع، محققان می‌توانند چگونگی تکامل و تطبیق این ساختارهای باستانی را در طی میلیون‌ها سال برای برآوردن نیازهای تولیدمثلی حیوانات مختلف روشن کنند.

بینش فراتر از غده پستانی

مطالعه خواص منحصر به فرد غده پستانی می‌تواند زمینه‌های دیگر زیست شناسی و پزشکی را نیز روشن کند. به عنوان مثال، غده پستانی با هر چرخه تولید مثل و شیردهی قادر به بازسازی است. که آن را به یک مدل عالی برای مطالعه بازسازی بافت تبدیل می‌کند. با ارگانوئیدها، محققان می‌توانند فرآیند بازسازی را در زمان واقعی مشاهده کنند و بررسی کنند که چگونه گونه‌های مختلف برای حفظ این ظرفیت بازسازی تکامل یافته‌اند. درک مکانیسم‌های پشت بازسازی می‌تواند منجر به پیشرفت‌هایی در پزشکی بازساختی شود، رشته‌ای که بر ترمیم یا جایگزینی بافت‌ها و اندام‌های آسیب‌دیده در شرایطی مانند بیماری‌های قلبی، دیابت و آسیب‌ها تمرکز دارد. ارگانوئیدهای پستانی نیز می‌توانند به تحقیقات سرطان سینه کمک کنند. مطالعه ارگانوئیدهای پستانی از گونه‌هایی که به ندرت به تومورهای سینه مبتلا می‌شوند، مانند گاو و خوک، می‌تواند مکانیسم‌های محافظتی بالقوه را کشف کند و راهبردهای جدیدی را برای پیشگیری و درمان سرطان سینه در افراد ارائه دهد. ارگانوئیدها همچنین بستری را برای مطالعه وقایع اولیه تشکیل تومور و محیط سلولی که به توسعه سرطان کمک می‌کند، فراهم می‌کنند. ارگانوئیدها همچنین دانشمندان را قادر می‌سازند تا شروع، مدت و توقف شیردهی را در گونه‌های مختلف مطالعه کنند. روند شیردهی در بین پستانداران به طور گسترده ای متفاوت است که تحت تأثیر عواملی مانند تغییرات هورمونی و شرایط محیطی قرار دارد. برخی از پستانداران اشکال منحصر به فردی از شیردهی دارند. به عنوان مثال، کیسه‌دارانی مانند تامار والابی می‌توانند به طور همزمان دو نوع شیر تولید کنند تا نیازهای تغذیه‌ای فرزندان را در مراحل مختلف رشد برآورده کنند، پدیده‌ای که به عنوان شیردهی همزمان ناهمزمان شناخته می‌شود. علاوه بر این، مهر و موم خز می‌تواند شیردهی را با وجود دوره‌های طولانی بدون شیردهی حفظ کند. مطالعه انواع مختلف شیردهی از طریق ارگانوئیدهای پستانی می‌تواند بینش عمیق تری در مورد نحوه تنظیم شیردهی ارائه دهد و سازگاری‌های تکاملی را آشکار کند که می‌تواند بیولوژی شیردهی انسان را روشن کند و استراتژی‌های تولید شیر دام را در کشاورزی بهبود بخشد.

پتانسیل فناوری ارگانوئید

ارگانوئیدها مزایای متعددی نسبت به مدل‌های حیوانی سنتی دارند. به عنوان مثال، آن‌ها یک محیط کنترل شده برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده را فراهم می‌کنند و دانشمندان را قادر می‌سازند تا چندین آزمایش را به طور همزمان انجام دهند و کارایی تحقیقات را افزایش دهند. آن‌ها همچنین نگرانی‌های اخلاقی مرتبط با تحقیقات حیوانی را کاهش می‌دهند. ارگانوئیدها را می‌توان از حیواناتی که برای تحقیقات زنده در دسترس نیستند، مانند گونه‌های کمیاب یا در معرض خطر تولید کرد. علاوه بر این، ارگانوئیدها را می‌توان برای بررسی ژن‌ها و مسیرهای خاص اصلاح ژنتیکی کرد و بینش عمیق‌تری در مورد مکانیسم‌های مولکولی زیربنایی بیولوژی غدد پستانی ارائه کرد. در حالی که ارگانوئیدها ابزار قدرتمندی هستند، اما بدون محدودیت نیستند. آن‌ها نمی‌توانند پیچیدگی بافت‌های زنده را به طور کامل تکرار کنند و یافته‌های مطالعات ارگانوئیدی باید در افراد زنده تایید شود. با وجود این موانع، پیشرفت‌ها در فناوری ارگانوئید همچنان مرزهای ممکن را پیش می‌برد و فرصت‌های جدیدی برای کشف تنوع و تکامل پستانداران ارائه می‌دهد. با بازآفرینی تنوع بافت‌های پستانداران در یک ظرف، محققان می‌توانند بینش‌های مهمی‌در مورد چگونگی تکامل گونه‌های مختلف برای حل چالش‌های بیولوژیکی با پتانسیل سودمندی برای سلامت انسان، کشاورزی و علم تغذیه به دست آورند.

پایان مطلب./