به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پزشکی بازساختی در سال‌های اخیر با پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه تولید بافت‌ها و اندام‌های انسانی از سلول‌های بنیادی همراه بوده است. یکی از چالش‌های اصلی این حوزه، ایجاد مدل‌هایی است که بتوانند رشد و عملکرد واقعی بافت‌های انسانی را در محیطی زنده بازسازی کنند. اکنون گروهی از پژوهشگران با استفاده از ارگانوئیدهای مغزی مشتق از سلول‌های بنیادی انسانی توانسته‌اند بخشی از این هدف را محقق کنند. در این مطالعه، بافت‌های مغزی سه‌بعدی انسانی به موش‌هایی که بخش عمده‌ای از قشر مخ آن‌ها به صورت ژنتیکی حذف شده بود پیوند زده شدند. نتایج نشان داد که این بافت‌ها نه تنها زنده ماندند، بلکه رشد کرده و با مدارهای عصبی حیوان میزبان ادغام شدند. پژوهشگران معتقدند این مدل جدید می‌تواند ابزار قدرتمندی برای مطالعه بیماری‌های عصبی، بررسی اثر جهش‌های ژنتیکی و ارزیابی درمان‌های نوین باشد. همچنین این دستاورد گامی مهم در مسیر تولید بافت‌های عصبی انسانی برای کاربردهای درمانی آینده محسوب می‌شود.

تولید ساختارهای سه‌بعدی شبیه اندام‌های انسانی

پیشرفت فناوری سلول‌های بنیادی و مهندسی بافت طی دو دهه گذشته امکان تولید ساختارهای سه‌بعدی شبیه اندام‌های انسانی را فراهم کرده است. این ساختارها که ارگانوئید نام دارند، از سلول‌های بنیادی پرتوان ایجاد می‌شوند و می‌توانند بخشی از ویژگی‌های بافت‌های واقعی بدن را تقلید کنند. در میان انواع مختلف ارگانوئیدها، ارگانوئیدهای مغزی به دلیل پیچیدگی ساختار مغز انسان و دشواری مطالعه مستقیم آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. با وجود موفقیت‌های قبلی در تولید ارگانوئیدهای مغزی در محیط آزمایشگاه، یکی از محدودیت‌های مهم این سامانه‌ها فقدان شرایط طبیعی بدن برای رشد و بلوغ کامل سلول‌ها بود. سلول‌های عصبی برای تکامل مناسب به رگ‌های خونی، مواد غذایی، سیگنال‌های زیستی و تعاملات پیچیده با سایر سلول‌ها نیاز دارند؛ شرایطی که بازسازی کامل آن‌ها در ظروف آزمایشگاهی بسیار دشوار است. در مطالعه جدید، پژوهشگران رویکرد متفاوتی را دنبال کردند. آن‌ها به جای تلاش برای رشد کامل بافت مغزی در آزمایشگاه، این بافت‌ها را در محیط زنده بدن یک حیوان قرار دادند تا بتوانند از امکانات طبیعی موجود در بدن برای رشد و تکامل بهره ببرند. نتیجه این رویکرد، ایجاد موش‌هایی بود که بخشی از قشر مغز آن‌ها از سلول‌های انسانی تشکیل شده بود. این مدل جدید توانست امکان مشاهده رشد و عملکرد سلول‌های انسانی را در شرایطی نزدیک‌تر به وضعیت طبیعی بدن فراهم کند.

بیماری‌های عصبی و روان‌پزشکی

بیماری‌های عصبی و روان‌پزشکی از مهم‌ترین چالش‌های سلامت در جهان محسوب می‌شوند. اختلالاتی مانند اوتیسم، صرع، اسکیزوفرنی، بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و بسیاری از بیماری‌های تحلیل‌برنده عصبی هنوز درمان قطعی ندارند و بخش قابل توجهی از سازوکارهای مولکولی آن‌ها ناشناخته باقی مانده است. یکی از دلایل اصلی این وضعیت، محدودیت دسترسی به بافت زنده مغز انسان برای پژوهش‌های آزمایشگاهی است. ملاحظات اخلاقی و خطرات پزشکی باعث می‌شود امکان نمونه‌برداری گسترده از مغز افراد زنده وجود نداشته باشد. از سوی دیگر، مدل‌های حیوانی اگرچه اطلاعات ارزشمندی در اختیار دانشمندان قرار داده‌اند، اما نمی‌توانند همه ویژگی‌های منحصر به فرد مغز انسان را بازآفرینی کنند. به همین دلیل، دانشمندان در سال‌های اخیر به سمت استفاده از سلول‌های بنیادی و تولید ارگانوئیدهای مغزی حرکت کرده‌اند. این فناوری امکان مطالعه مستقیم سلول‌های انسانی را فراهم می‌کند و می‌تواند شکاف میان مطالعات آزمایشگاهی و شرایط واقعی بدن را کاهش دهد. مطالعه اخیر یکی از پیشرفته‌ترین تلاش‌ها در این مسیر به شمار می‌رود و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از سلول‌های بنیادی برای ایجاد مدل‌های زیستی پیچیده‌تر استفاده کرد.

شیوه مطالعاتی

پژوهشگران ابتدا سلول‌های پوستی یا خونی انسان را به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی تبدیل کردند. سپس این سلول‌ها در شرایط ویژه کشت داده شدند تا ارگانوئیدهای مغزی تشکیل شوند. این ارگانوئیدها دارای انواع مختلفی از سلول‌های عصبی و پشتیبان بودند و بسیاری از ویژگی‌های قشر مغز انسان را نشان می‌دادند. در مرحله بعد، ارگانوئیدها به مغز موش‌های مهندسی‌شده پیوند زده شدند. این حیوانات به گونه‌ای طراحی شده بودند که بخش عمده‌ای از قشر مغزی آن‌ها تشکیل نشود و فضای مناسبی برای رشد بافت انسانی فراهم باشد. پس از پیوند، حیوانات برای ماه‌ها تحت پایش قرار گرفتند. پژوهشگران از روش‌های تصویربرداری پیشرفته، بررسی‌های بافت‌شناسی، ثبت فعالیت الکتریکی سلول‌ها و آزمون‌های رفتاری استفاده کردند تا میزان رشد، ادغام و عملکرد بافت انسانی را ارزیابی کنند. همچنین بخشی از آزمایش‌ها به بررسی واکنش این بافت‌ها به کمبود اکسیژن اختصاص یافت؛ شرایطی که در نوزادان نارس یا آسیب‌های مغزی اهمیت زیادی دارد.

نتایج

نتایج نشان داد که بافت‌های مغزی انسانی پس از پیوند به خوبی در مغز موش‌ها زنده ماندند و رشد قابل توجهی داشتند. سلول‌های انسانی انواع مختلفی از نورون‌ها و سلول‌های پشتیبان را ایجاد کردند و شبکه‌های عصبی فعالی تشکیل دادند. بررسی‌ها نشان داد که نورون‌های انسانی با نورون‌های موش ارتباط برقرار کرده‌اند و سیگنال‌های عصبی میان آن‌ها رد و بدل می‌شود. به بیان دیگر، بافت انسانی صرفاً به صورت یک توده سلولی باقی نماند، بلکه به بخشی از مدار عصبی حیوان تبدیل شد. آزمایش‌های مربوط به کمبود اکسیژن نیز یافته‌های جالبی به همراه داشت. سلول‌های انسانی نسبت به این شرایط آسیب‌پذیری بیشتری نشان دادند؛ موضوعی که با مشاهدات بالینی در انسان سازگار است و می‌تواند به درک بهتر آسیب‌های مغزی دوران نوزادی کمک کند. در عین حال، بررسی رفتار حیوانات نشان داد که آن‌ها به طور کلی عملکرد طبیعی خود را حفظ کرده‌اند و نشانه‌ای از ایجاد توانایی‌های شناختی غیرعادی مشاهده نشده است. این موضوع از نظر ملاحظات اخلاقی اهمیت فراوانی دارد و نشان می‌دهد که استفاده از این مدل‌ها در چارچوب‌های علمی و نظارتی مشخص قابل انجام است.

دستاورد

مهم‌ترین دستاورد این پژوهش، ایجاد یک سامانه زنده برای مطالعه مستقیم بافت مغزی انسان در سطحی است که پیش از این امکان‌پذیر نبود. این مدل می‌تواند به پژوهشگران اجازه دهد اثر جهش‌های ژنتیکی مرتبط با بیماری‌های عصبی را در بافت انسانی بررسی کنند و مسیرهای مولکولی ایجاد بیماری را با دقت بیشتری بشناسند. علاوه بر این، این فناوری بستری ارزشمند برای آزمایش داروهای جدید فراهم می‌کند. بسیاری از درمان‌هایی که در مدل‌های حیوانی موفق بوده‌اند، در انسان نتیجه مطلوبی نداشته‌اند. استفاده از بافت انسانی در یک محیط زنده می‌تواند پیش‌بینی پاسخ درمانی را دقیق‌تر کند و احتمال موفقیت کارآزمایی‌های بالینی را افزایش دهد. همچنین این فناوری می‌تواند در آینده برای مطالعه بیماری‌های نادر ژنتیکی، بررسی اثر داروهای جدید، ارزیابی سمیت ترکیبات مختلف و حتی طراحی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده مورد استفاده قرار گیرد. بسیاری از متخصصان معتقدند که ترکیب فناوری سلول‌های بنیادی، ارگانوئیدها و مهندسی ژنتیک، نسل جدیدی از ابزارهای پژوهشی را در اختیار علوم اعصاب قرار خواهد داد.

گام بعدی مطالعه

پژوهشگران در مرحله بعد قصد دارند از این مدل برای بررسی بیماری‌های مختلف عصبی و روان‌پزشکی استفاده کنند. انتظار می‌رود ارگانوئیدهای مشتق از بیماران مبتلا به اوتیسم، اسکیزوفرنی، صرع، بیماری آلزایمر و سایر اختلالات عصبی در این سامانه مورد مطالعه قرار گیرند تا روند ایجاد بیماری در محیطی نزدیک‌تر به شرایط واقعی بدن بررسی شود. همچنین دانشمندان امیدوارند در آینده بتوانند پیچیدگی و بلوغ این بافت‌ها را افزایش دهند و مدل‌های دقیق‌تری از بخش‌های مختلف مغز انسان ایجاد کنند. توسعه شبکه‌های عصبی پیشرفته‌تر، افزایش خون‌رسانی، بهبود ارتباط میان سلول‌ها و افزایش مدت زمان بقای بافت‌های پیوندی از جمله اهداف مطالعات آینده خواهد بود. از سوی دیگر، بحث‌های اخلاقی درباره استفاده از بافت انسانی در حیوانات نیز ادامه خواهد داشت و تدوین چارچوب‌های نظارتی جدید احتمالاً بخشی از مسیر توسعه این فناوری خواهد بود. متخصصان تأکید دارند که پیشرفت‌های علمی باید همگام با رعایت اصول اخلاقی و استانداردهای بین‌المللی انجام شود.

پایان مطالب/.