به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، گروهی از دانشمندان نقشه‌ای بی‌سابقه از نحوه تبدیل سلول‌های بنیادی به انواع نورون‌ها و سلول‌های پشتیبان در مغز پستانداران را ارائه داده‌اند. این مجموعه مطالعات که بخشی از طرح بین‌المللی BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) به شمار می‌آید، صدها هزار سلول اولیه را در مغز انسان و موش ردیابی کرده و فرآیندهای مولکولی و زمانی تمایز را با دقت بسیار بالا ثبت کرده است. از نگاه پژوهشگران، این داده‌ها ابزار ارزشمندی برای شناخت بهتر اختلالات عصبی مانند اوتیسم و اسکیزوفرنی فراهم می‌سازد. محققان با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته ژن‌شناسایی سلول تکی و رده‌بندی خط سلولی نقشه‌های تفصیلی از توسعه مغز در دوران جنینی تا اوایل پس از تولد فراهم کرده‌اند. در یک مطالعه روی موش‌ها، بیش از ۵۶۸ هزار سلول منفرد تحلیل شدند و ۱۴۸ خوشه سلولی و ۷۱۴ زیرنوع شناسایی گردید. در انسان نیز با ردیابی ۶۴۰۲ سلول پیش‌ساز، مشخص شد که در دوره قبل از هفته بیستم بارداری عمدتاً سلول‌ها به نورون‌های تحریکی تبدیل می‌شوند؛ اما پس از آن، تولید نورون‌های بازدارنده آغاز می‌شود و تولید سایر سلول‌ها مانند آستروسیت‌ها و الیگودندروسیت‌ها فرآیندی طولانی‌تر و متداوم‌تر دارد. نگاه به آینده نشان می‌دهد که این اطلس‌ها می‌توانند زمینه‌ساز مطالعات درمانی، شناختی و ژنتیکی در اختلالات مغزی شوند.

تکوین مغز انسان

تکوین مغز انسان از همان لحظات اولیه زندگی جنینی یکی از پیچیده‌ترین فرآیندهای زیستی است که شامل تمایز سلول‌های بنیادی به انواع سلول‌های عصبی، هم‌زمانی تولید نورون‌ها، آستروسیت‌ها، و الیگودندروسیت‌ها و شکل‌گیری مدارهای عصبی می‌گردد. با این حال، به‌دلیل دشواری دسترسی به بافت‌های جنینی، سرعت بالای تغییرات در مراحل اولیه و تنوع بالای سلول‌ها، فهم دقیق این فرآیندها با چالش روبرو بوده است. طرح BICAN با تامین بودجه ۵۰۰ میلیون دلاری از سوی National Institutes of Health ایالات متحده، با هدف ایجاد نقشه‌های مرجع از مغز پستانداران راه‌اندازی شده است و اکنون حاصل آن، اولین نسخه از اطلس تفصیلی مغز در حال توسعه است.

تاریخچه
مطالعه و نقشه‌برداری سلول‌های مغزی در طول توسعه مدتی است که مورد توجه دانشمندان قرار دارد. پیش از این، روش‌هایی مانند تاریخ‌گذاری سلول‌ها در دهه‌های ۱۹۷۰ نشان داده بودند که تولید لایه‌های مغزی به صورت «داخل به بیرون» رخ می‌دهد، یعنی عمیق‌ترین لایه‌ها اول شکل می‌گیرند و سپس لایه‌های بالاتر تولید می‌شوند. اما این روش‌ها فاقد توانایی اتصال دقیق ریشه سلول‌های بنیادی به زیرنوع‌های نهایی سلولی بودند. با ظهور تکنیک‌های رده‌بندی خط سلولی در موجودات مدل مانند موش، دانش افزوده شد اما تعمیم آن به انسان با محدودیت‌هایی همراه بود. اکنون این مجموعه مطالعات، با استفاده از تکنولوژی‌های نوین، گامی بزرگ در تکمیل این دانش برداشته است.

شیوه مطالعاتی

در یکی از مقالات کلیدی، پژوهشگران با نمونه‌گیری از بافت قشری مغز انسان در مراحل مختلف جنینی و استفاده از روش بارکدگذاری DNA ویروسی ۶۴۰۲ سلول پیش‌ساز را علامت‌گذاری کردند و سپس خروجی آن‌ها یعنی سلول‌های دختر را ردیابی نمودند. در مطالعات مرتبط روی موش، محققان بیش از ۵۶۸ هزار سلول منفرد را تحلیل کردند، ۱۴۸ خوشه سلولی و ۷۱۴ زیرنوع شناسایی کردند و متغیرهای زمانی و مولکولی توسعه قشر بینایی را از جنین تا ۵۶ روزگی موش بررسی کردند. علاوه بر این، مطالعات فضایی شامل دسترسی همزمان به اطلاعات ژن، کروماتین و پروتئین‌ها در بافت مغزی نیز انجام شده‌اند تا تغییرات مکانی و زمانی دقیق‌تر ثبت شوند.

نتایج
یکی از یافته‌های مهم این بود که در انسان، سلول‌های پیش‌ساز قشری طی دوره جنینی اولیه عمدتاً به نورون‌های تحریکی تبدیل می‌شوند، اما در حدود هفته بیستم بارداری، این روند به نورون‌های بازدارنده تغییر می‌کند؛ یعنی یک کلید زمان‌بندی توسعه‌ای وجود دارد که نوع خروجی پیش‌سازها را تغییر می‌دهد. همچنین در انسان تولید آستروسیت‌ها و الیگودندروسیت‌ها دوره‌ای طولانی‌تر و پیوسته‌تر دارد نسبت به موش. در مطالعه موش نیز مشخص شد که پس از تولد، به ویژه از روز ۱۱ تا روز ۲۱، نورون‌ها هنوز هویت تخصصی‌تری می‌گیرند. اطلس فضایی نشان داد که در ناحیه قشر، باز شدن کروماتین مربوط به فاکتورهای خاص لایه‌های عمقی مغز تا دوره پس از تولد دوام دارد و در قسمت‌هایی مانند جسم پینه‌ای ژن‌های میلان‌سازی نیز به‌طور منطقه‌ای و زمانی فعال می‌شوند. علاوه بر این، تحلیل‌های شبکه ژنی بیش از ۵۰۰ ماژول ژنی تولید کرده‌اند که نشان می‌دهند چگونه مسیرهای ژنی در مراحل اوج نورون‌زایی فعال می‌شوند و به زیرنوع‌های سلولی خاص اختصاص می‌یابند.

دستاوردها
این مجموعه مطالعات چندین دستاورد کلیدی دارد: نخست، ایجاد اولین اطلس گسترده توسعه مغز انسان و موش که از لحاظ زمانی، مکانی و سلولی تفکیک شده است. دوم، فراهم آمدن داده‌های قابل کاوش برای پژوهشگران تا بتوانند ژن‌های حیاتی برای یک سلول خاص در یک زمان خاص را استخراج کنند و از این منظر اختلالات توسعه‌ای را بهتر شناسایی نمایند. سوم، نشان دادن تفاوت‌هایی بین انسان و مدل‌های حیوانی از حیث زمان‌بندی توسعه، که می‌تواند به توضیح ویژگی‌های شناختی انسان کمک کند. چهارم، باز کردن راه برای کاربردهای درمانی و پژوهشی، از جمله استفاده در مطالعه بیماری‌هایی مانند اوتیسم، اسکیزوفرنی، اختلالات نورونی و شاید تجویز سلولی یا ژنی.

گام بعدی مطالعه

اگرچه این اطلس‌ها بسیار پیشرفته هستند، اما پژوهشگران تأکید می‌کنند که هنوز پرسش‌های مهمی باقی مانده‌اند. از جمله اینکه چه عوامل دقیقاً این تغییرات زمانی را کنترل می‌کنند و چرا در انسان این فرآیندها در دوره‌های زمانی دقیق رخ می‌دهند. در مطالعات آینده باید بر روی کنترل‌های محیطی، عوامل ژنتیکی، تفاوت‌های گونه‌ای و تأثیرات بعد از تولد تمرکز شود. علاوه بر این، بررسی چگونگی بهره‌گیری از این داده‌ها برای توسعه مدل‌های بیماری و درمان‌های سلولی و ژنی ضروری است. یکی دیگر از مسیرها، تعمیم مطالعات به گونه‌های غیرموش و غیرانسان برای درک بهتر تفاوت‌های تطوری است. این داده‌ها همچنین می‌توانند در ساخت مدل‌های آزمایشگاهی بافت مغز و بررسی اثر داروها یا جهش‌ها کمک کنند.

پایان مطالب/.