به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهش تازه‌ای از دانشگاه بارسلونا نشان می‌دهد که اگر سلول‌های پیش‌ساز عصبی مشتق از سلول‌های بنیادی انسانی به گونه‌ای مهندسی شوند که به طور پیوسته فاکتور رشد عصبی BDNF تولید کنند، می‌توانند بلوغ نورون‌ها، تولید آکسون و فعالیت شبکه‌های عصبی را به طور قابل توجهی افزایش دهند، بدون آن که ساختار طبیعی اتصالات عصبی مختل شود. این یافته‌ها می‌توانند مسیر تازه‌ای برای درمان آسیب‌های مغزی و بیماری‌های عصبی پیش‌رونده باز کنند. در حالی که توانایی ذاتی مغز برای بازسازی پس از آسیب یا بیماری‌های نورودژنراتیو بسیار محدود است، گروهی از پژوهشگران دانشگاه بارسلونا در مطالعه‌ای که در مجله International Journal of Molecular Sciences منتشر شده است، راهکاری نوین را با استفاده از ترکیب سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) و بیان پایدار فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز (BDNF) ارائه داده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که سلول‌های پیش‌ساز عصبی انسانی که به طور ژنتیکی اصلاح شده‌اند تا BDNF را بسازند، در مقایسه با سلول‌های کنترل، نورون‌های بالغ‌تر و فعالتری تولید می‌کنند و آکسون‌های آن‌ها به شکل هدفمندتری رشد می‌یابد. این دستاورد می‌تواند زیربنای نسل جدید درمان‌های بازسازی عصبی باشد.

فرایند بازسازی نورونی و بازیابی عملکردهای مغزی

بازسازی نورونی و بازیابی عملکردهای مغزی پس از آسیب همواره یکی از چالش‌های اصلی علوم اعصاب بوده است. مغز انسان برخلاف بسیاری از اندام‌های بدن، توان محدودی در ترمیم خود دارد و آسیب‌های ناشی از سکته مغزی یا بیماری‌های تخریبی عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر اغلب با پیامدهای حرکتی و شناختی پایدار همراه هستند. با توجه به محدودیت این ظرفیت بازسازی، پژوهشگران به دنبال یافتن روش‌هایی هستند که بتوانند فرآیندهای ترمیمی طبیعی را تقویت کنند. یکی از رویکردهای نوین در این حوزه، بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی و فاکتورهای رشد است تا سلول‌های جدید جایگزین نورون‌های از دست رفته شوند و در عین حال محیط میکروسکوپی مغز برای بازسازی آماده‌تر شود. در میان فاکتورهای رشد، BDNF نقش ویژه‌ای دارد. این پروتئین نه تنها موجب زنده‌ماندن نورون‌ها می‌شود بلکه رشد آکسون، شکل‌گیری سیناپس و انعطاف‌پذیری شبکه‌های عصبی را افزایش می‌دهد. بنابراین ترکیب درمان سلولی با تولید پایدار BDNF می‌تواند یکی از مؤثرترین راهبردها برای بازسازی مغز باشد.

تاریخچه پژوهش

در دو دهه اخیر درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی به یکی از محورهای مهم تحقیقات بازسازی عصبی تبدیل شده است. پژوهش‌هایی در ژاپن، سوئد و ایالات متحده از نتایج امیدوارکننده‌ای در درمان بیماران مبتلا به پارکینسون از طریق پیوند سلول‌های عصبی خبر داده‌اند. در کنار آن، مطالعات متعددی نشان داده‌اند که حضور فاکتورهای رشد مانند BDNF می‌تواند بقای سلول‌های پیوندی را افزایش دهد و فرآیند ادغام آن‌ها در شبکه‌های عصبی را تسهیل کند. برای نمونه در پژوهشی با عنوان Therapeutic Effect of BDNF-Overexpressing Human Neural Stem Cells، محققان مشاهده کردند که سلول‌های بنیادی انسانی که به بیان بیش از حد BDNF واداشته شده‌اند، در مدل حیوانی آسیب نخاعی باعث بهبود عملکرد حرکتی شدند. همچنین پژوهش‌های دیگری نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی مشتق از بافت چربی که BDNF ترشح می‌کنند، در بازسازی اعصاب محیطی نقش مؤثری دارند. با این حال پیش از مطالعه دانشگاه بارسلونا، تأثیر بیان مداوم BDNF در سلول‌های پیش‌ساز عصبی انسانی و نحوه اثر آن بر رشد آکسون و بلوغ نورونی به طور دقیق بررسی نشده بود.

شیوه مطالعاتی

در این پژوهش سلول‌های پوستی اهداکنندگان ابتدا به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی تبدیل شدند و سپس به سلول‌های پیش‌ساز عصبی (NPCs) تمایز یافتند. پژوهشگران این سلول‌ها را به گونه‌ای مهندسی کردند که فاکتور BDNF را به طور مداوم تولید کنند. برای ارزیابی نتایج، از روش‌های تصویربرداری فلورسانس، سنجش ژن‌های نشانگر نورونی مانند MAP2 و تحلیل‌های عملکردی شبکه عصبی استفاده شد. تیم تحقیق همچنین از فناوری تراشه میکروفلوئیدیک بهره گرفت که دارای دو محفظه جداگانه برای نورون‌های تولیدکننده و غیرتولیدکننده BDNF بود. این سیستم امکان ایجاد گرادیان BDNF و بررسی رفتار رشد آکسون‌ها در جهت آن را فراهم می‌کرد. نورون‌ها از طریق کانال‌های باریکی به هم متصل می‌شدند و بدین ترتیب می‌شد جهت‌گیری آکسون‌ها را در واکنش به غلظت‌های متفاوت BDNF مشاهده کرد. همچنین اثرات بیان درازمدت BDNF با افزودن کوتاه‌مدت این فاکتور از خارج مقایسه شد تا مشخص شود کدام روش بازدهی بهتری دارد.

نتایج پژوهش

داده‌ها نشان داد که بیان مداوم BDNF در سلول‌های پیش‌ساز عصبی سبب افزایش چشمگیر بلوغ نورونی، رشد آکسون و فعالیت الکتروفیزیولوژیک سلول‌ها می‌شود. نورون‌های حاصل از این سلول‌ها سیناپس‌های فعال‌تری تشکیل دادند و نشانگرهای مولکولی بلوغ در آن‌ها به میزان قابل توجهی بالاتر بود. نکته مهم این است که ساختار کلی شبکه‌های عصبی حفظ شد و بیان BDNF موجب بی‌نظمی در اتصالات نشد. در آزمایش‌های تراشه‌ای، محققان مشاهده کردند که آکسون‌ها در پاسخ به گرادیان BDNF به سمت سلول‌های تولیدکننده این فاکتور هدایت می‌شوند. این یافته برای نخستین بار در نورون‌های مشتق از سلول‌های بنیادی انسانی اثبات شد و نشان داد که BDNF علاوه بر نقش تغذیه‌ای، خاصیت راهنمایی رشد آکسونی نیز دارد. مقایسه میان شرایط افزودن کوتاه‌مدت BDNF و بیان مداوم نشان داد که حالت دوم اثرات پایدارتر و کارآمدتری بر بلوغ و فعالیت نورونی دارد. این نتایج با مطالعات پیشین در زمینه مدل‌های حیوانی آسیب عصبی همخوانی داشت و نشان داد که BDNF نقش مرکزی در تسهیل ترمیم عصبی ایفا می‌کند.

دستاوردهای کلیدی

این تحقیق چند نتیجه اساسی را به همراه داشت. نخست آن که نشان داد بیان مداوم BDNF در سلول‌های پیش‌ساز عصبی انسانی می‌تواند بدون تغییر در سازمان طبیعی شبکه‌های عصبی، موجب تقویت قابل توجه رشد و فعالیت نورونی شود. دوم آن که نقش شیمیایی جاذب BDNF در هدایت آکسون‌ها در محیط انسانی برای نخستین بار در سطح سلولی تأیید شد. سوم آن که پژوهش، مدل آزمایشگاهی میکروفلوئیدیکی را معرفی کرد که می‌تواند برای بررسی تعاملات نورونی در شرایط گرادیان فاکتور رشد مورد استفاده قرار گیرد. چهارم این که این روش چارچوبی فراهم می‌کند برای توسعه درمان‌های ترکیبی که از مهندسی ژنتیکی فاکتورهای رشد همراه با پیوند سلولی بهره می‌برند. نتایج این پژوهش می‌تواند در بهبود درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای بیماری‌های مانند سکته مغزی یا آسیب نخاعی به کار گرفته شود.

گام بعدی مطالعه

تیم تحقیقاتی برنامه دارد تا این نتایج را به مدل‌های حیوانی منتقل کند تا ببیند آیا سلول‌های پیش‌ساز عصبی تولیدکننده BDNF در بافت مغز نیز همان اثرات تقویتی را نشان می‌دهند یا خیر. هدف این است که بررسی شود آیا این سلول‌ها می‌توانند در مغز زنده بمانند، به نورون‌های میزبان متصل شوند و بهبود عملکردی واقعی ایجاد کنند. همچنین پژوهشگران قصد دارند ایمنی طولانی‌مدت این سلول‌ها را ارزیابی کنند تا از بروز خطرهایی مانند تومورزایی یا رشد کنترل‌نشده جلوگیری شود. گام‌های آینده شامل تعیین سطح بهینه بیان BDNF و بررسی نسبت مناسب سلول‌های مهندسی‌شده به سلول‌های طبیعی است تا کارایی درمان افزایش یابد. در نهایت، کاربرد این فناوری در بیماری‌هایی مانند پارکینسون و آلزایمر نیز مورد توجه است، زیرا تقویت پلاستیسیته عصبی و بازسازی سلول‌های تخریب‌شده می‌تواند راهی برای کند کردن پیشرفت این بیماری‌ها باشد. انتقال نتایج پیش‌بالینی به بیماران می‌تواند نقطه عطفی در درمان اختلالات عصبی به شمار آید و افق جدیدی برای پزشکی بازساختی بگشاید.

پایان مطلب/.