به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان در مقاله‌ای جالب در سال 2021 گزارش دادند که مغزهای کوچکی که در آزمایشگاه از سلول‌های بنیادی رشد داده‌اند، به طور خود به خود ساختارهای ابتدایی چشم را ایجاد کردند. این مطالعه نشان داده است ساختارهای ابتدایی چشمی که از ارگانوئیدهای کوچک مغزانسانی مشتق شده‌اند قادرند در ظروف کشت تکوین پیدا کنند و به رشد خود ادامه دهند، در این ساختار دو فنجان بینایی متقارن دو طرفه رشد می‌کنند که منعکس کننده رشد ساختارهای چشمی در جنین انسان است. این نتیجه باورنکردنی می‌تواند به ما در درک بهتر فرآیند تمایز و رشد چشم و همچنین بیماری‌های چشم کمک کند.

مزایای مدل چشمی ایجاد شده از ارگانوئیدهای مغزی

Jay Gopalakrishnan، عصب شناس از بیمارستان دانشگاه Düsseldorf در آلمان در بیانیه‌ای در سال 2021 گفت: «کار ما توانایی قابل توجه ارگانوئیدهای مغز را برای تولید ساختارهای حسی اولیه که حساس به نور هستند و سایر تنوع سلولی مشابه با سلول‌های موجود در بدن را در خود جای می‌دهد، را به خوبی نشان می‌دهد. این ارگانوئیدها می‌توانند به مطالعه تعاملات مغز و چشم در طول رشد جنین، مدل‌سازی اختلالات مادرزادی شبکیه، و تولید انواع سلول‌های شبکیه ویژه بیماران با مشکل اختلال شبکیه، بررسی آزمایش‌های دارویی و در آخر در درمان‌های پیوند کمک کنند.

ارگانوئیدهای مغزی

ارگانوئیدهای مغزی، ساختار مغز واقعی نیستند، آنها ساختارهای کوچک و سه بعدی هستند که ازسلول‌های بنیادی پرتوان القایی رشد می‌کنند (سلول‌هایی که از انسان بالغ برداشت شده و با مهندسی معکوس به سلول‌های بنیادی تبدیل شده‌اند و توانایی و پتانسیل رشد به انواع مختلف بافت را دارند. ارگانوئید مغزی، یک اندام مینیاتوری شبیه مغز را توصیف می‌کند که به طور مصنوعی رشد کرده است. به طور دقیق‌تر ارگانوئیدهای مغزی با کشت سلول‌های بنیادی پرتوان در یک بیوراکتور چرخشی سه بعدی ایجاد می‌شوند و در طی چند ماه تکوین می‌یابند. مغز یک سیستم بسیار پیچیده از بافت‌های ناهمگن است و از مجموعه ای متنوع از نورون‌ها تشکیل شده است. این پیچیدگی، مطالعه مغز و درک نحوه عملکرد آن را به یک کار دشوار در علوم اعصاب تبدیل کرده است، به ویژه در مورد بیماری‌های عصبی. هدف از ایجاد یک مدل عصبی آزمایشگاهی بررسی این بیماری‌ها در فضایی ساده تر و متغیرتر است. این مدل سه بعدی فاقد بسیاری از محدودیت‌های بالقوه in vivo است. ارگانوئیدهای مغزی بافت‌های سنتز شده‌ای هستند که حاوی انواع مختلفی از سلول‌های عصبی هستند و دارای ویژگی‌های تشریحی هستند که مناطقی از قشر مشاهده شده در مغز را جمع‌بندی می‌کنند. ارگانوئیدهای مغزی بیشتر شبیه به لایه‌های نورون به نام قشر و شبکه مشیمیه هستند. در برخی موارد، ساختارهایی شبیه به شبکیه، مننژها و هیپوکامپ ممکن است تشکیل شوند. مهمترین کاربرد "مغزهای کوچک" اهداف تحقیقاتی است، که در آن استفاده از مغزهای زنده واقعی غیرممکن است، یا حداقل از نظر اخلاقی دشوار است، برای مثال، آزمایش پاسخ‌های دارویی، یا مشاهده رشد سلولی در شرایط نامطلوب خاص را برای ما فراهم می‌کنند.

ایجاد وزیکول‌های بینایی از ارگانوئیدهای مغز انسان

در طول جنین زایی، وزیکول‌های بینایی از طریق یک فرآیند چند مرحله‌ای ارگانوژنز از دیانسفالون ایجاد می‌شوند. در این مطالعه با الگو برداری از تکوین چشم جنین و با استفاده از ارگانوئیدهای مغز انسانی مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSC)، سعی کردیم پیچیدگی‌ها را ساده‌‌‌سازی کنیم و شکل‌گیری وزیکول‌های نوری دوطرفه مرتبط با جلو مغز، تنوع سلولی و عملکرد را نشان دهیم. در حدود روز 30، ارگانوئیدهای مغزی تلاش می‌کنند تا وزیکول‌های بینایی را جمع‌آوری کنند، تا اینکه به‌تدریج به‌‌صورت ساختارهای قابل مشاهده در عرض 60 روز رشد می‌کنند. بنابراین، ارگانوئیدهای مغزی توانایی ذاتی برای خودسازماندهی ساختارهای حسی اولیه مرتبط با پیش مغز را به شیوه‌ای محدود از نظر توپوگرافی دارند و می‌توانند اجازه مطالعات برهم‌کنش بین ارگانی را در یک ارگانوئید واحد بدهند.

اهمیت ایجاد چشم از ارگانوئیدهای مغزی

در تحقیقات قبلی، دانشمندان از سلول‌های بنیادی جنینی برای رشد فنجان‌های بینایی استفاده کرده بودند، ساختارهایی که تقریباً در کل کره چشم در طول رشد جنینی رشدمی‌کنند و تحقیقات دیگر ساختارهای فنجان مانند نوری را ازسلول‌های بنیادی پرتوان القایی ایجاد کردند. اینبار به جای رشد مستقیم این ساختارها، تیم Gopalakrishnan  می‌خواستند ببینند که آیا می‌توان آنها را به عنوان بخشی از ارگانوئیدهای مغزی رشد داد. این تحقیق مزیت دیدن این که چگونه این دو نوع بافت می‌توانند با هم رشد کنند، را به خوبی نشان می‌دهد. محققان در مقاله خود نوشتند: "توسعه 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.

پروتکل جدید برای ایجاد ساختار چشمی

در کار قبلی برای تکوین ارگانوئیدها شواهدی ازسلول‌های شبکیه را نشان داد، اما این سلول‌ها ساختارهای نوری ایجاد نکردند، بنابراین این تیم اینبار پروتکل‌های خود را تغییر داد. آنها در تلاشی برای ایجاد سلول‌های عصبی بینایی در مراحله پیشرفته تر، رتینول استات را به عنوان فاکتور کمکی برای رشد بیشتر چشم به محیط کشت اضافه کردند. نتایج نشان داد که مغز ایجاد شده 30 روز پس از رشد، فنجان‌های بینایی را تشکیل داد و 50  روز بعد، ساختارهای چشمی به وضوح قابل مشاهده بودند. این بار این زمان‌بندی رشد چشم با  ایجاد ساختار چشم در جنین انسان مطابقت دارد، به این معنی که این ارگانوئیدها می‌توانند برای مطالعه پیچیدگی‌های این فرآیند مفید باشند.

ساختار چشمی ایجاد شده حاوی تنوعی از بافت‌ها و سلول‌ها است

شواهد دیگری که در این مطالعه دیده شد این بود که فنجان‌های بینایی حاوی انواع مختلفی ازسلول‌های شبکیه بودند که به صورت شبکه‌های عصبی که به نور پاسخ می‌دادند و حتی این ساختار به نحوی سازماندهی شده بود که حاوی عدسی و بافت قرنیه نیز بود.در نهایت، در این ساختارها اتصال شبکیه به مناطقی از بافت مغز را نیز نشان دادند. Gopalakrishnan گفت: «در مغز پستانداران، رشته‌های عصبی سلول‌های گانگلیونی شبکیه برای اتصال به اهداف مغزی، خود را دراز می‌کنند، جنبه‌ای که قبلاً هرگز در یک سیستم آزمایشگاهی نشان داده نشده بود نیز اینجا مشاهده شد. و این کار کاملا قابل تکرار است. زیرا از 314 ارگانوئید مغزی تکوین یافته، 73 درصد آنها دارای فنجان‌های بینایی بودند. 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. زیرا این ارگانوئیدهای مغز حاوی وزیکول نوری (OVB-organoids) اجزای سلولی وزیکول نوری در حال توسعه را تشکیل می‌دهند، از جمله سلول‌های اپیتلیال قرنیه اولیه و سلول‌های شبه عدسی، اپیتلیوم رنگدانه شبکیه، سلول‌های پیش ساز شبکیه، برآمدگی‌های آکسون مانند و شبکه‌های عصبی فعال الکتریکی. ارگانوئیدهای OVB همچنین سیناپسین-1، نورون‌های قشری میلین دار مثبت CTIP و میکروگلیا را نشان می‌دهند. جالب توجه است، شدت‌های مختلف نور می‌توانند فعالیت حساس به نور ارگانوئیدهای OVB را تحریک کنند و حساسیت‌های نوری را می‌توان پس از سفید کردن نوری گذرا تنظیم کرد.

مدل‌سازی رتینوپاتی‌هایی ناشی از اختلالات عصبی اولیه

آنها در مقاله خود نوشتند: "تولید این ارگانوئیدهای چشمی حاوی وزیکول نوری دارای انواع سلول‌های عصبی بسیار تخصصی را می‌توان توسعه داد و در همین راستا راه را برای تولید و پیوند ارگانوئیدهای شخصی و صفحات اپیتلیال رنگدانه شبکیه هموار کرد." ما معتقدیم که [این‌ها] ارگانوئیدهای نسل بعدی هستند که به مدل‌سازی رتینوپاتی‌هایی که از اختلالات عصبی اولیه ناشی می‌شوند کمک می‌کنند.» این تحقیق در Cell Stem Cell منتشر شده است.

پایان مطلب/.