به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در سال‌های اخیر ارگانوئیدهای مغزی به یکی از مهم‌ترین فناوری‌ها در پژوهش‌های علوم اعصاب تبدیل شده‌اند. این ساختارهای سه‌بعدی کوچک که از سلول‌های بنیادی ساخته می‌شوند، می‌توانند برخی ویژگی‌های مغز در حال رشد را بازسازی کنند و امکان مطالعه سلول‌های عصبی انسان را در شرایط آزمایشگاهی فراهم سازند. اکنون پژوهشگران یک گام غیرمعمول‌تر برداشته‌اند و این مدل‌های مغزی را به ایستگاه فضایی بین‌المللی منتقل کرده‌اند. هدف اصلی، ساخت مغز مصنوعی در فضا نیست؛ بلکه استفاده از شرایط ریزگرانش به‌عنوان یک ابزار تحقیقاتی برای بررسی رفتار سلول‌های عصبی و تغییرات مرتبط با بیماری‌های مغزی است. گزارش‌های جدید نشان می‌دهد که برخی از این مطالعات توانسته‌اند تغییرات مولکولی مرتبط با بیماری‌های عصبی را شناسایی کنند و حتی مسیر برخی تحقیقات را به سمت آزمایش درمان‌های بالقوه در انسان هدایت کنند. این موضوع اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا یکی از چالش‌های اصلی درمان بیماری‌های عصبی، فاصله میان مدل‌های آزمایشگاهی و پیچیدگی مغز انسان است. ترکیب سلول‌های بنیادی بیمار، ارگانوئیدهای سه‌بعدی، توالی‌یابی تک‌سلولی، تحلیل پروتئینی و محیط ریزگرانش می‌تواند یک پلتفرم جدید برای کشف اهداف درمانی و آزمایش داروهای آینده ایجاد کند.

مقدمه

مغز انسان از پیچیده‌ترین اندام‌های بدن است و بیماری‌های عصبی نیز معمولاً حاصل یک تغییر ساده در یک سلول نیستند. در بسیاری از این بیماری‌ها، مجموعه‌ای از تغییرات ژنتیکی، مولکولی، سلولی و التهابی در طول زمان اتفاق می‌افتد. همین پیچیدگی باعث شده مطالعه بیماری‌هایی مانند آلزایمر، پارکینسون و اختلالات تکاملی عصبی بسیار دشوار باشد. پژوهشگران برای سال‌ها از مدل‌های حیوانی و کشت‌های سلولی استفاده کرده‌اند، اما هرکدام از این مدل‌ها محدودیت‌های خاص خود را دارند. کشت دوبعدی سلول‌های عصبی اگرچه برای مطالعه بسیاری از فرایندهای سلولی مفید است، اما نمی‌تواند معماری سه‌بعدی بافت مغز را به‌خوبی بازسازی کند. مدل‌های حیوانی نیز تفاوت‌هایی با مغز انسان دارند که می‌تواند انتقال نتایج به مطالعات انسانی را دشوار کند. ارگانوئیدهای مغزی در پاسخ به همین چالش توسعه یافتند. در این مدل‌ها، سلول‌های بنیادی می‌توانند در شرایط کنترل‌شده به انواع مختلف سلول‌های عصبی تبدیل شوند و ساختارهایی سه‌بعدی ایجاد کنند که بخشی از ویژگی‌های مغز در حال رشد را نشان می‌دهند. اما پژوهشگران اکنون سؤال دیگری را مطرح کرده‌اند: اگر این ساختارها در محیطی متفاوت از زمین رشد کنند، چه اتفاقی برای آنها می‌افتد؟

تاریخچه

مطالعه سلول‌های بنیادی در فضا موضوع جدیدی نیست. پژوهشگران سال‌هاست تلاش می‌کنند بدانند ریزگرانش چه تأثیری بر سلول‌های بنیادی، رشد بافت‌ها و فرایندهای تمایز سلولی دارد. ایستگاه فضایی بین‌المللی یک محیط منحصربه‌فرد برای چنین مطالعاتی فراهم کرده است. در این محیط، سلول‌ها تقریباً در شرایط ریزگرانش قرار دارند و می‌توان رفتار آنها را با نمونه‌های مشابه روی زمین مقایسه کرد. با پیشرفت فناوری ارگانوئیدها، پژوهشگران متوجه شدند که می‌توان از این مدل‌های سه‌بعدی برای مطالعه رفتار بافت‌های انسانی در فضا استفاده کرد. ارگانوئیدهای مغزی یکی از جذاب‌ترین گزینه‌ها برای این مطالعات بودند، زیرا مغز و سیستم عصبی در طول رشد به تعاملات پیچیده میان انواع مختلف سلول‌ها وابسته هستند. در مطالعات اولیه، هدف بیشتر بررسی این بود که آیا ارگانوئیدهای عصبی می‌توانند در محیط فضا زنده بمانند و رشد کنند یا خیر. نتایج نشان داد که این ساختارها قابلیت زنده ماندن در شرایط فضایی را دارند و حتی برخی تغییرات مربوط به بلوغ سلولی در آنها مشاهده می‌شود. پس از این مرحله، پژوهشگران توجه خود را به استفاده از فضا به‌عنوان ابزاری برای مطالعه بیماری‌های عصبی معطوف کردند.

شیوه مطالعاتی

در این مطالعات، پژوهشگران ابتدا سلول‌های بنیادی را به سلول‌های عصبی تبدیل می‌کنند و سپس شرایط لازم برای تشکیل ساختار سه‌بعدی را فراهم می‌سازند. در برخی پروژه‌ها از سلول‌های افراد سالم استفاده می‌شود و در برخی دیگر، سلول‌های افرادی که دارای یک بیماری یا جهش ژنتیکی مشخص هستند، به کار می‌رود. این روش امکان ساخت ارگانوئیدهایی را فراهم می‌کند که برخی ویژگی‌های بیماری واقعی را در سطح سلولی حفظ می‌کنند. برای مثال، در مطالعات مرتبط با سندرم رت، پژوهشگران از سلول‌هایی استفاده کرده‌اند که در ژن MECP2 دچار نقص هستند. این ژن برای عملکرد طبیعی سلول‌های عصبی اهمیت زیادی دارد و اختلال در آن با سندرم رت ارتباط دارد.ارگانوئیدهای حاصل در شرایط کنترل‌شده روی زمین رشد داده می‌شوند و سپس نمونه‌هایی از آنها به ایستگاه فضایی منتقل می‌شوند. نمونه‌های مشابه روی زمین باقی می‌مانند تا امکان مقایسه مستقیم فراهم شود. پس از بازگشت نمونه‌ها یا در طول دوره مطالعه، پژوهشگران می‌توانند تغییرات ژنتیکی، پروتئینی و سلولی آنها را بررسی کنند. یکی از روش‌های مهم مورد استفاده، توالی‌یابی تک‌سلولی است. این فناوری به دانشمندان اجازه می‌دهد وضعیت هر سلول را جداگانه بررسی کنند و بفهمند کدام ژن‌ها فعال یا غیرفعال شده‌اند.

روش دیگر، تحلیل پروتئوم است که به جای بررسی تنها چند پروتئین، تعداد بسیار زیادی از پروتئین‌های موجود در نمونه را بررسی می‌کند. این کار می‌تواند مسیرهای زیستی تحت تأثیر بیماری یا محیط فضا را مشخص کند. ترکیب این روش‌ها به پژوهشگران اجازه می‌دهد تغییرات ایجادشده در ارگانوئید را فقط از نظر ظاهری بررسی نکنند، بلکه تغییرات عمیق‌تر در عملکرد سلول را نیز شناسایی کنند.

نتایج

مطالعات انجام‌شده نشان داده‌اند که ارگانوئیدهای مغزی می‌توانند در محیط ریزگرانش زنده بمانند و برخی ویژگی‌های سلولی و مولکولی خود را حفظ کنند. یکی از نتایج مهم، مشاهده تغییر در مسیرهای مرتبط با رشد و بلوغ سلول‌های عصبی است. در برخی موارد، سلول‌های موجود در ارگانوئیدهای فضایی نشانه‌هایی از بلوغ متفاوت نسبت به سلول‌های نمونه‌های زمینی نشان داده‌اند. این یافته برای پژوهشگران جالب است، زیرا ممکن است محیط ریزگرانش بعضی از فرایندهایی را که روی زمین به آهستگی اتفاق می‌افتند، آشکارتر کند. در مدل‌های مربوط به سندرم رت نیز پژوهشگران توانسته‌اند تغییرات مولکولی مرتبط با نقص MECP2 را بررسی کنند. این مطالعات نشان داده‌اند که نقص ژنتیکی می‌تواند مسیرهای مرتبط با التهاب و عملکرد سلول‌های عصبی و سلول‌های پشتیبان آنها را تحت تأثیر قرار دهد. یکی از مهم‌ترین بخش‌های این تحقیقات، بررسی امکان استفاده از این مدل‌ها برای آزمایش درمان است. در این مسیر، پژوهشگران ابتدا تغییرات سلولی ایجادشده در بیماری را شناسایی می‌کنند و سپس بررسی می‌کنند که آیا دارویی خاص می‌تواند این تغییرات را کاهش دهد یا خیر. در برخی گزارش‌ها، این مسیر پژوهشی به بررسی لامیوودین به‌عنوان یک درمان بالقوه برای سندرم رت کمک کرده است و مطالعات این دارو وارد مرحله بررسی انسانی شده‌اند. این موضوع نشان می‌دهد که ارگانوئید می‌تواند از یک ابزار تحقیقاتی به بخشی از مسیر توسعه یک درمان تبدیل شود. در مطالعات مربوط به پارکینسون و سایر بیماری‌های عصبی نیز مدل‌های سلولی در حال توسعه هستند تا نقش نورون‌ها، سلول‌های گلیال و التهاب عصبی در روند بیماری بهتر بررسی شود.

دستاورد

مهم‌ترین دستاورد این تحقیقات، تغییر نقش ارگانوئیدهای مغزی است. در گذشته، ارگانوئیدها بیشتر برای مطالعه رشد مغز و بررسی مکانیسم بیماری مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اکنون این مدل‌ها به سمت استفاده در کشف اهداف درمانی و غربالگری دارو حرکت کرده‌اند. مزیت بزرگ استفاده از سلول‌های بیمار این است که مدل آزمایشگاهی می‌تواند بخشی از ویژگی ژنتیکی همان بیماری را حفظ کند

گام بعدی مطالعه

گام بعدی، ساخت ارگانوئیدهایی پیچیده‌تر و نزدیک‌تر به مغز واقعی است. ارگانوئیدهای فعلی هنوز تمام اجزای مغز انسان را ندارند و نمی‌توانند همه تعاملات موجود در بافت طبیعی را بازسازی کنند.در نهایت، مهم‌ترین مرحله، ارتباط دادن نتایج آزمایشگاهی با مطالعات انسانی است. یک دارو ممکن است در ارگانوئید مؤثر باشد اما در بدن انسان نتیجه متفاوتی ایجاد کند. بنابراین ارگانوئیدها قرار نیست جایگزین کارآزمایی بالینی شوند؛ بلکه می‌توانند مرحله کشف و انتخاب درمان را هدفمندتر کنند.به این ترتیب، ایستگاه فضایی بین‌المللی به یک آزمایشگاه غیرمعمول برای علوم اعصاب تبدیل شده است. ترکیب سلول‌های بنیادی، ارگانوئیدهای مغزی، فناوری‌های پیشرفته مولکولی و ریزگرانش می‌تواند درک ما از بیماری‌های عصبی را تغییر دهد.مهم‌ترین پیام این تحقیقات این است که فضا فقط محل مطالعه ستارگان نیست؛ در حال تبدیل شدن به محیطی برای مطالعه سلول‌های انسانی و جست‌وجوی راه‌های جدید درمان بیماری‌ها نیز هست.

پایان مطالب/.