پژوهشگران دانشگاه استنفورد بخشی از قشر مغز موش را که مسئول عملکردهایی مانند تصمیمگیری و حافظه است، از بین بردند و سلولهای یک ارگانوئید مغز انسان را جایگزین آن کردند. این آزمایش میتواند راه تازهای برای بررسی عملکرد سلولهای مغز انسان در محیطی طبیعیتر از محیط آزمایشگاه فراهم کند.
ارگانوئیدها تودههای کوچکی از بافت هستند که با استفاده از سلولهای بنیادی ایجاد میشوند و بافتها و برخی ساختارهای واقعی بدن را شبیهسازی کنند. به همین دلیل ارگانوئیدها برای مطالعه بسیاری از بیماریها بسیار کارآمدتر از سلولهای کشتشده در ظروف آزمایشگاهی هستند. اما ارگانوئید خارج از بافت بدن شکل میگیرد و فاقد ارتباطها و ساختارهای گستردهتر اندامهای واقعی است. این محدودیت در ارگانوئیدهای مغزی بسیار مهمتر است، چون آنها به ساختارهای کلیتر مغز متصل نیستند و نمیتوانند تمام ارتباطهای مغز را بازسازی کنند.
پژوهشگران دانشگاه استنفورد در یک آزمایش تازه بخشی از قشر مغز موشها را از بین بردند و سلولهای ارگانوئید قشر مغز انسان را جایگزین آن کردند. به این ترتیب، سلولهای انسانی بهجای این که فقط در یک ارگانوئید جدا از بدن رشد کنند، درون مغز یک حیوان زنده رشد کردند و توانستند با سایر بخشهای دستگاه عصبی ارتباط برقرار کنند.
پر کردن قشر مغز موش با سلولهای انسان
پژوهشگران توانستند ژنی را پیدا کنند که تقریباً در تمام سلولهای قشر فعال است. آنها با دستکاری این ژن یک ژن دیگر را از کار انداختند که برای جداشدن کروموزومها هنگام تقسیم سلولی لازم است. در نتیجه، سلولهایی که قشر مغز موش را میسازند بهدرستی تقسیم و تکثیر نشدند و از بین رفتند.
این دستکاری ژنتیکی باعث شد تا بخش بزرگی از قشر مغز موشها شکل نگیرد. این بخشها در تصمیمگیری و حافظه نقش مهم داشتند و نبود آنها حیات موشها را بهخطر میانداخت. اما پژوهشگران توانستند با مراقبتهای اضافی و طولانی کردن زمان شیردهی آنها را زنده نگه دارند.
پژوهشگران سپس ارگانوئیدهای قشر مغز انسان را در محلی که قشر مغز موشها رشد نکرده بود قرار دادند. در اندکی بیشتر از ۸۵ درصد این موشها، بافت پیوندی با موفقیت جایگزین شد. سلولهای انسانی ۹۲ درصد از سلولهای موجود در قشر مغز این موشها را تشکیل میدادند.
سلولهای انسانی توانستند نورونهای مهم مغز انسان را در محیط جدید تشکیل دهند و با بخشهای دوردست شبکه عصبی موشها، حتی تا درون نخاع، ارتباط برقرار کنند. همچنین آثاری از وجود هماهنگی بین نورونهای انسانی و باقی دستگاه عصبی موشها وجود داشت.
عملکرد موشها با قشر جایگزینشده
ساختار این قشر مصنوعی همچنان با قشر طبیعی تفاوت داشت. برخی از انواع سلولها که در قشر طبیعی طبقهبندی لایهای مشخصی دارند، در این مغز مصنوعی در مجاورت یکدیگر بودند، اما لایههای مشخصی در آنها ایجاد نشده بود.
رفتار موشها نشان میداد که جایگزین کردن قشر تا حدی موجب بازیابی کارکردهای از دست رفته شده بود. اما این موشها همچنان نمیتوانستند به سطح عملکرد موشهای طبیعی برسند. این موشها در آزمایشهای ابتدایی و ساده حافظه عملکردی بهتر از موشهای بدون قشر داشتند، اما در آزمایشهای پیچیدهتر مانند موشهای بدون قشر رفتار میکردند.
پژوهشگران تأکید میکنند که لازم است ساختار و رشد این بافتها بهطور دقیقتر بررسی شود. در نتیجه نمیتوان بهطور مشخص گفت که هرکدام از بهبودهای مشاهدهشده به عملکرد کدام بخش از سلولهای انسانی مربوط است. این مدل هنوز برای مطالعه بیماریهای پیچیده عصبی مناسب نیست و آزمایشهای بیشتری لازم است تا مشخص شود که آیا میتوان با استفاده از آن ارتباطهای مناسب را در ارگانوئید ایجاد کرد یا نه.
پژوهشگران نتایج این مطالعه را در ژورنال Nature منتشر کردهاند.
