به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک تیم تحقیقاتی که روی نورون‌های انسانی به نام ارگانوئیدها کار می‌کرد، می‌خواست تلاش‌های خود را افزایش دهد و به سوالات مهم جدیدی پاسخ دهد. نزدیک به یک دهه است که برنامه اندام‌زایی مغز موسسه تحقیقاتی استنفورد، رویکردی انقلابی را در مطالعه مغز آغاز کرده است: آنها به جای بررسی بافت‌های سالم مغز در انسان و سایر حیوانات، بافت‌های سه‌بعدی شبیه مغز را در آزمایشگاه از سلول‌های بنیادی رشد می‌دهند و مدل‌هایی به نام ارگانوئیدها و مجموعه‌های عصبی انسانی ایجاد می‌کنند.

این برنامه که به عنوان یک پروژه ایده‌های بزرگ در علوم اعصاب موسسه علوم اعصاب آغاز شد، دانشمندان علوم اعصاب، شیمیدانان، مهندسان و دیگران را گرد هم آورده است تا به مدارهای عصبی دخیل در درد، ژن‌هایی که باعث اختلالات عصبی-رشدی می‌شوند، روش‌های جدید برای مطالعه مدارهای مغزی و موارد دیگر بپردازند. با این حال مشکل مقیاس وجود داشت. اگر محققان بتوانند هزاران ارگانوئید را به طور همزمان با اندازه و شکل یکنواخت تولید کنند، می‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد رشد مغز و اختلالات رشدی کسب کنند و داروهای جدید و ژن‌درمانی‌ها را با کارایی بیشتری آزمایش کنند. مشکل این است که ارگانوئیدهای عصبی عادت دارند به یکدیگر بچسبند و رشد دسته‌های زیادی از آنها را با اندازه و شکل ثابت دشوار می‌کند.

اکنون، تیمی از دانشمندان علوم اعصاب و مهندسان یک راه حل ساده پیدا کرده‌اند. همانطور که آنها در مطالعه خود گزارش دادند، تنها چیزی که برای جلوگیری از چسبیدن ارگانوئیدها به هم لازم بود، صمغ زانتان، یک افزودنی غذایی رایج، بود. آنها در راستای تعهد برنامه برای در دسترس قرار دادن تکنیک‌های خود به طور گسترده، رویکرد خود را به اشتراک گذاشته‌اند تا دیگران بتوانند از آن بهره ببرند. در حال حاضر آزمایشگاه‌های متعددی وجود دارند که این تکنیک را پیاده‌سازی کرده‌اند. همه چیز همیشه به این راحتی نبود. حدود دوازده سال پیش، مدیر این پروژه تحقیقاتی روشی برای تبدیل سلول‌های بنیادی به بافت‌های سه‌بعدی که اکنون به عنوان ارگانوئیدهای عصبی منطقه‌ای شناخته می‌شوند، ابداع کرده بود و او فقط می‌توانست تعداد کمی از این کشت‌های اولیه را ایجاد کند. مدیر این پروژه تحقیقاتی در نظر داشت درک خوبی از رشد مغز - به ویژه آنچه در طول رشد اتفاق می‌افتد و منجر به اختلالاتی مانند اوتیسم یا سندرم تیموتی می‌شود به دست آورد و به ایده‌های دیگری مانند غربالگری داروها برای عوارض جانبی بالقوه بر رشد مغز بپردازد. او گفت برای انجام این کار، ما باید هزاران ارگانوئید تولید کنیم و همه آنها باید یکسان باشند. او همچنین متوجه شد که باید طیف گسترده‌ای از محققان را درگیر کند. در ابتدای کار این یک حوزه نوظهور بوده و با مشکلات زیادی روبرو  شد.

راه حل چسبندگی

مشکل چسبندگی خیلی زود خود را نشان داد. ارگانوئیدها با هم ترکیب می‌شدند و در نتیجه تعداد کمتری ارگانوئید با اشکال و اندازه‌های مختلف ایجاد می‌شد. از یک طرف، این نشان می‌داد که محققان می‌توانند دو نوع مختلف ارگانوئید مثلاً یک مخچه کوچک و نخاع  را به هم بچسبانند تا توسعه ساختارهای پیچیده‌تر مغز را مطالعه کنند. از سوی دیگر، تیم هنوز نیاز داشت تا بتواند تعداد زیادی ارگانوئید ایجاد کند تا بتواند داده‌های دقیقی در مورد رشد مغز جمع‌آوری کند، داروها را برای نقص‌های رشد غربالگری کند یا هر تعداد پروژه دیگر را در مقیاس بزرگ انجام دهد. یک راه حل این است که هر ارگانوئید را در یک ظرف جداگانه پرورش دهد، اما انجام این کار اغلب ناکارآمد است. سرپرست این تیم تحقیقاتی افزود: ما موادی را انتخاب کردیم که از قبل زیست سازگار در نظر گرفته می‌شدند و نسبتاً اقتصادی و استفاده از آنها ساده بود، به طوری که روش‌های ما به راحتی توسط دانشمندان دیگر قابل استفاده باشد. برای آزمایش هر یک، آنها ابتدا ارگانوئیدها را به مدت شش روز در یک مایع غنی از مواد مغذی رشد دادند، سپس یکی از مواد آزمایشی را اضافه کردند. پس از دیگری ۲۵ روز بعد، تیم به سادگی تعداد ارگانوئیدهای باقی مانده را شمرد. حتی در مقادیر کم، صمغ زانتان مانع از ادغام ارگانوئیدها شد و این کار را بدون هیچ گونه عوارض جانبی بر رشد ارگانوئیدها انجام داد. این بدان معناست که محققان می‌توانند ارگانوئیدها را بدون ایجاد سوگیری در نتایج آزمایش‌هایشان، از هم جدا نگه دارند.

مقیاس‌پذیری

برای نشان دادن پتانسیل این تکنیک، تیم از آن برای پرداختن به یک مسئله در دنیای واقعی استفاده کرد: پزشکان اغلب در تجویز داروهای بالقوه مفید برای افراد باردار و نوزادان تردید دارند، زیرا نمی‌دانند که آیا این داروها ممکن است به مغز در حال رشد آسیب برسانند یا خیر. (اگرچه داروهای تأیید شده توسط FDA آزمایش‌های گسترده‌ای را پشت سر می‌گذارند، اما نگرانی‌های اخلاقی باعث می‌شود که آنها معمولاً روی افراد باردار یا نوزادان آزمایش نشوند. برای نشان دادن اینکه چگونه ارگانوئیدها به این مشکل می‌پردازند، محققان ابتدا ۲۴۰۰ ارگانوئید را در دسته‌هایی پرورش دادند. سپس، یکی از ۲۹۸ داروی تأیید شده توسط FDA را به هر دسته اضافه کردند تا ببینند آیا هر یک از آنها ممکن است باعث نقص رشد شود یا خیر. مطالعات نشان داد که چندین دارو، از جمله دارویی که برای درمان سرطان سینه استفاده می‌شود، رشد ارگانوئیدها را متوقف می‌کنند، که نشان می‌دهد آنها می‌توانند برای رشد مغز مضر باشند. این آزمایش نشان می‌دهد که محققان می‌توانند عوارض جانبی بالقوه را کشف کنند  و این کار را بسیار کارآمد انجام دهند. یک آزمایشگر به تنهایی هزاران ارگانوئید قشری تولید کرد و تقریباً 300 دارو را آزمایش کرد.

نتیجه گیری

بطور خلاصه تولید ارگانوئیدهای عصبی از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی، نویدبخش نویدبخشی در مدل‌سازی بیماری‌ها و غربالگری داروها است، اما رویکردهای فعلی به دلیل ادغام نامطلوب ارگانوئیدها، در مقیاس وسیع، دشوار هستند. در این مطالعه با غربالگری پلیمرهای زیست‌سازگار که از ادغام ارگانوئیدهای کشت‌شده در حالت تعلیق جلوگیری می‌کنند، یک پلتفرم ارگانوئید قشر مغزی مقیاس‌پذیر توسعه داده شد. محققان یک پلی‌ساکارید مقرون‌به‌صرفه را شناسایی کردند که ویسکوزیته محیط کشت را افزایش می‌دهد و در عین حال ویژگی‌های کلیدی مانند الگوسازی منطقه‌ای، مورفولوژی عصبی و فعالیت عملکردی را حفظ می‌کند. محققان پیش‌بینی می‌کنند که این رویکرد، یک سیستم قوی و مقیاس‌پذیر برای مدل‌سازی توسعه قشر مغز انسان ارائه دهد و غربالگری ترکیبی کارآمد را برای فنوتیپ‌های مرتبط با اختلالات عصبی-روانی تسهیل کند. محققان اکنون امیدوارند از تکنیک خود برای پیشرفت در تعدادی از اختلالات عصبی-روانی مانند اوتیسم، صرع و اسکیزوفرنی استفاده کنند. در نهایت رسیدگی به این بیماری‌ها واقعاً مهم است، اما مگر اینکه مقیاس را افزایش دهید، هیچ راهی برای ایجاد تغییر وجود ندارد. هدف فعلی همین است.

پایان مطلب./