با نگاهی به فقط چند میلی متر خوشه هایی از سلول های کشت شده که به صورت ساختارهای سه بعدی تجمع می یابند، ممکن است لکه هایی ریز به نظر برسند. اما این بافت ها، به نام ارگانوئیدها، دانشمندان را قادر می سازد تا فرآیندهای بیولوژیکی را در سلامتی و بیماری ها مطالعه کنند – و استراتژی های درمانی بالقوه جدیدی را پیدا کنند – از راه هایی که قبلاً نمی توانستند.
ارگانوئیدها می توانند بسیاری از ویژگیهای کالبدی و عملکردی طیف گسترده ای از بافتهای انسان را تقلید کنند و برای برخی از انواع بافتها می توانند با کارآیی بیشتری حتی نسبت به مدلهای دیگر مانند رده های سلولی یا مدلهای حیوانی، ایجاد کنند.
سازمان سه بعدی آنها می تواند پیچیدگی ساختارهای اندام و روابط سلولی را که ممکن است بیشتر مربوط به بافتهای واقعی بیمار باشد، ارائه کند. و ارگانوئیدهای مشتق شده از بیماران ممکن است مدلهای جداگانه ای از بیماری را ارائه دهند که ما را یک قدم به کشف داروی دقیق نزدیک می کند.
محققان در انستیتوی Broad از MIT و هاروارد سالها مطالعه را صرف توسعه و ایجاد روشهای رشد انواع مختلف ارگانوئیدها کرده اند. در چند سال گذشته، این روش ها به اندازه کافی پیشرفت کرده اند که به محققان اجازه دهد از طریق تولید قابل اعتماد با قابلیت تولید مجدد ارگانوئیدها، آنها را به یک ابزار تحقیقاتی مناسب تبدیل کنند که مزایای بسیاری را به همراه دارد.
ارگانوئیدها برای آزمایشات آزمایشگاهی به مراتب بیشتر از اعضای کل بدن یا حیوانات آزمایشگاهی قابل دسترسی هستند. می توان آنها را مهندسی ژنتیک کرد و یا با استفاده از مواد شیمیایی آنها را درمان کرد تا عملکرد ژن ها، پروتئین ها یا مسیرهای خاص را کشف کنند.
آنها همچنین به خوبی به تصویربرداری با وضوح بالا و ژنومی تک سلولی یا رونوشت برداری کمک می کنند، و طیف گسترده ای از بینش های علمی را نشان می دهد.
ارگانوئیدهای مغز: دریچه ای برای شناخت بیماری های رشدی عصبی
پائولا آرلوتا، به عنوان یک متخصص مغز و اعصاب در رشد عصبی، می خواهد رشد و عملکرد مغز انسان، به ویژه قشر مغز، که پیچیده ترین رفتارها – و مسلماً انسانی ترین رفتارهای ما را کنترل می کند، درک کند. اما مطالعه جوندگان و رده های سلول های عصبی او را با محدودیت هایی روبرو می کند.
“مغز انسان از طریق تکامل حتی در نزدیکترین اجداد ما تغییر کرده است.” “بنابراین، چیزهای زیادی وجود دارد که ما می توانیم با مطالعه مغز سایر گونه ها، در مورد چگونگی ساختار مغز خود یاد بگیریم.”
ارگانوئیدهای مغز انسان می توانند بخشی از این شکاف را پر کنند. ارگانوئیدهای به اندازه یک دانه کشمش فاقد رگهای خونی و ساختارها یا لایه های مغزی قابل تشخیص هستند، اما در سطح فراساختاری، بافت تقریباً غیر قابل تشخیص از مغز واقعی است، با اکثر انواع سلول های اصلی، ارتباط بین سلول های عصبی و حتی مدارهای فعال.
علاوه بر این، اگر ارگانوئیدهای مغزی از سلول هایی با انواع ژن هایی که با اختلالات روانپزشکی پیچیده یا اختلالات عصبی مانند اسکیزوفرنی و اوتیسم مرتبط هستند، رشد کنند، ممکن است اثرات این تغییرات ژنتیکی را به روشی آموزنده تر از مدل های غیرانسانی مهیا کند.
“ما هرگز سیستم آزمایشی مناسبی برای کنجکاوی و پاسخ به سؤالات بی جواب جهش های ژن های خطر ابتلا به بیماری در مغز انسان نداشته ایم و این همان چیزی است که ارگانوئیدها واقعاً به ما می دهند.”
پیش از این محققان نشان دادند که می توانند ارگانوئیدهایی با رشد طولانی مدت تولید کنند که طیف کاملی از انواع سلولهای قشر مغز را ایجاد می کند، حتی اگر از سلول های بنیادی مختلف و تحت شرایط رشد متفاوت تولید شوند.
“مهمتر از همه، ارگانوئیدها می توانند سلولهای قشر مغز را با قابلیت تولید مجدد ایجاد کنند، و هر بار مجموعه سلولهای مشابهی را در هر ارگانوئید به وجود آورند.”
روش های قابل اطمینان تولید ارگانوئیدهای مغزی به گروه آرلوتا اجازه داده است تا هم اکنون از آنها برای باز کردن پیچیدگی بیولوژیکی اختلالات رشد عصبی، از جمله اوتیسم استفاده کند.
اوتیسم اغلب با یک زمینه ژنتیکی پیچیده مرتبط است که در آن انواع مختلف ژن به احتمال زیاد در این اختلال نقش دارند. اما در موارد نادر، ایجاد ویژگی های مرتبط با اوتیسم ممکن است به شدت با یک یا چند جهش خاص مرتبط باشد.
گروهی از دانشمندان در حال تولید ارگانوئیدهایی است که چنین جهش های مرتبط با اوتیسم را داشته باشند و سپس آنها را با کسانی که همان انواع رشد سلولی اما بدون جهش را دارند، مقایسه می کنند.
برای اطلاعات بیشتر به مؤسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
Silvia Velasco et al. Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex, Nature 2019
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).