به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ارگانوئیدهای مغزی مغزهای سه بعدی کشت شده در شرایط آزمایشگاهی هستند که عملکرد و ساختار مغز انسان را تقلید می‌کنند. یکی از چالش‌های اصلی ارگانوئیدهای مغزی فقدان عروق عملکردی است. بدون عروق قابل نفوذ، منابع اکسیژن و مواد مغذی ممکن است برای کشت طولانی مدت ناکافی باشد و مانع از بررسی فعل و انفعالات عصبی عروقی شود. اخیراً چندین استراتژی برای عروقی شدن ارگانوئیدهای مغزی انسان گزارش شده است. با این حال، روندهای قابل تعمیم و تنوع در بین استراتژی‌های مختلف به دلیل عدم توصیف و مقایسه جامع این استراتژی‌های عروقی نامشخص است. در این مطالعه، ما با هدف بررسی تأثیر استراتژی‌های مختلف عروق‌سازی بر روی سیستم عصبی و عروق در اندام‌های مغزی انسان انجام شد. در همین راستا محققان دانشگاه Waseda به سرپرستی دستیار پروفسور Kosuke Kataoka، بینش‌های مهمی را در مورد رشد ارگانوئیدهای مغزی کشف کرده‌اند. یافته‌های مطالعه آنها که در BMC Biology منتشر شده است، استراتژی‌های متنوعی را برای عروق دارکردن ارگانوئیدهای مغزی مقایسه می‌کند و تأثیر آنها را بر جمعیت سلول‌های عصبی و عروقی نشان می‌دهد. این نتایج اهمیت ارتباطات عصبی عروقی را روشن می‌کند و بینش‌هایی را برای بهبود رشد ارگانوئید مغز نیز ارائه می‌دهد.

ارگانوئیدهای مغزی و کاربردهای آن

ارگانوئیدهای مغز انسان مشتق از سلول های بنیادی پرتوان، کشت‌های سلولی سه بعدی و خودسازماندهی هستند که فرآیندهای رشد عصبی، سازماندهی و فعالیت عصبی قشر مغز انسان را تقلید می‌کنند. روش‌های پیشرفته برای تولید ارگانوئیدهای مغزی فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای درک رشد عصبی، تکامل و بیماری فراهم کرده است. علاوه بر این، در همه‌گیری بیماری کروناویروس اخیر 2019، مدل‌های ارگانوئید انسانی نتایج امیدوارکننده‌ای را در درک پاتوژنز این بیماری نشان داده‌اند، که به طور بالقوه به عنوان کلیدی برای توسعه عوامل درمانی در برابر عفونت‌های حاد تنفسی عمل می‌کند. علیرغم رشد سریع در این زمینه، توسعه ارگانوئیدهای مغزی هنوز در مراحل ابتدایی است و با محدودیت‌های متعددی که مانع از کاربردهای گسترده‌تر و تأثیر بیشتر آن می‌شود همراه هستند. یکی از چالش‌های اصلی این است که ارگانوئیدهای مغزی فاقد سیستم عروقی هستند. در غیاب شبکه عروقی قابل نفوذ، ارگانوئیدهای مغزی برای تبادل مواد مغذی، اکسیژن و متابولیت‌های سمی تنها به انتشار غیرفعال متکی هستند. زیرا فقدان سیستم‌های عروقی نیز اندازه ارگانوئیدها را محدود می‌کند و باعث مرگ سلولی آپوپتوز و/یا نکروز در هسته ارگانوئیدها می‌شود .علاوه بر این، از تمایز سلول‌های پیش ساز عصبی در ارگانوئیدهای فاقد عروق جلوگیری می‌شود. بنابراین این ساختارهای سه بعدی کشت شده در شرایط آزمایشگاهی قادرند فعالیت‌های مغز انسان را تقلید ‌کنند. همچنین آنها به عنوان ابزار ارزشمندی برای درک تکامل، پاتوژنز بیماری و فرآیندهای رشد عصبی ظاهر شده اند. با این حال، توسعه این ارگانوئیدها هنوز در مراحل اولیه با محدودیت‌های متعددی همراه است که مانع از کاربرد گسترده آنها می‌شود. یک مانع اصلی عدم وجود عروق عملکردی در این ساختار است که این موضوع خود می‌تواند اندازه ارگانوئیدها را محدود کند و باعث مرگ سلولی شود و درنهایت نیز از تمایز سلولی در ارگانوئیدها جلوگیری کند.

مطالعه ارگانوئیدهای مغزی عروقی مختلف انسان

بیشتر ارگانوئیدها از پیش سازهای اپیتلیال اکتودرمی یا اندودرمی مشتق می‌شوند که منحصراً از سلول‌های اندوتلیال یا انواع سلول‌های مشتق شده از مزودرم تشکیل شده اند. ناگزیر، کمبود سلول‌های مزانشیمی در این ساختار منجر به مانعی در بلوغ و عملکرد این ساختار می‎شود که یک مانع رایج در فناوری‎های ارگانوئیدی و مهندسی بافت است. تا کنون، محدودیت‌هایی در ارگانوئیدهای فاقد جریان خون اغلب ظاهر شده است. بنابراین، این مطالعه ارگانوئیدهای بدون پرفیوژن خون از اکتودرم و اندودرم زیر را نشان می‌دهد. برای پرداختن به این موضوع، استراتژی‌های متنوعی با هدف عروقی کردن ارگانوئیدهای مغزی انسان توسعه داده شده است. اخیراً، استادیار کوسوکه کاتائوکا، همراه با نویسندگان همکار یویا ساتو و تورو آساهی از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم و مهندسی پیشرفته، دانشگاه Waseda، تحقیقات جامعی را در مورد استراتژی‌های مختلف برای عروقی کردن ارگانوئیدهای مغزی انجام دادند. مطالعه آنها به صورت آنلاین در BMC Biology در 9 نوامبر 2023 منتشر شد. در این خصوصKataoka  می‌گوید: "راهبردهای متعددی برای ساختن سیستم‌های عروقی عملکردی در ارگانوئیدهای مغزی پیشنهاد شده است، با این حال، قبلا هیچ مطالعه مقایسه ای یکپارچه ای از این استراتژی‌ها وجود نداشت. بنابراین تاکنون این ویژگی‌ها و مشکلات هر یک از استراتژی‌های عروقی به طور دقیق مشخص نشده اند." از طریق مقایسه یکپارچه داده‌های توالی‌یابی RNA تک سلولی (scRNA-seq)، این مطالعه ارگانوئیدهای مغزی عروقی مختلف انسان را که با استفاده از روش‌های مختلف ایجاد شده‌اند، ارزیابی کرد و به دنبال آن تجزیه و تحلیل این مجموعه داده‌ها در ارتباط با داده‌های مغز جنین انجام شد. این تحقیق تأثیر تکنیک‌های مختلف عروق‌سازی را بر تمایز نوع سلولی و پروفایل‌های رونویسی سلول‌های عصبی و عروقی در این ارگانوئیدها تشریح کرد. مشاهده شد که تمام پروتکل‌های عروق‌سازی ارزش همبستگی را در اکثر انواع سلول بهبود بخشید. کاتائوکا توضیح می‌دهد: «این یافته نشان می‌دهد که صرف‌نظر از نوع پروتکل، ارگانوئیدهای مغزی عروقی نسبت به ارگانوئیدهای غیر عروقی، نمایه بیان ژنی نزدیک‌تر به مغز انسان جنین نشان می‌دهند.

اهمیت یافته‌های کسب شده در این مطالعه

آنها همچنین دریافتند که القای عروقی دارای اثرات رونویسی بر روی جمعیت سلول‌های عصبی و عروقی است. سلول‌های عروقی مغز جنین بیان همه ژن‌های نشانگر را نشان دادند، اما ارگانوئیدهای عروقی مختلف پروفایل بیان کافی نداشتند. علاوه بر این، مشخص شد که این نمایه بیان به استراتژی عروقی شدن وابسته است. این مطالعه همچنین اهمیت برهمکنش‌های بین سلول‌های عروق‌مانند و نورون‌ها را برای رگ‌های خونی نشان داد تا پروفایل خاص عروق مغزی خود را برای انجام عملکردهای عروقی مشخصه مغز، مانند سد خونی مغزی، توسعه دهند. کاتائوکا در مورد کاربردهای آینده این یافته‌ها اینطور می‌گوید: "یافته‌های ما می‌تواند به ارائه مدل‌های واقعی تر مغز انسان با رگ‌های خونی کمک کند. این نه تنها به درک بهتر مغز انسان کمک می‌کند، بلکه به سرعت بخشیدن به تحقیقات در زمینه‌های مختلف مانند بررسی بیماری‌های مغزی و امکان غربالگری دقیق تر داروها کمک می‌کند. بنابراین بعید است که ارگانوئیدهای عروقی مغزی دچار مرگ سلولی شوند و بنابراین تصور می‎شود که به استاندارد و معیاری برای تحقیقات مغزی آینده تبدیل شوند. تحقیق حاضر برای ساخت ارگانوئیدهای عروقی در آینده بسیار مهم است.

پایان مطلب/.