پیوند نورون های انسانی به موش ها برای کمک به مطالعه اختلالات مغزی | علوم اعصاب

محققان نورون‌های انسان را به مغز موش‌ها پیوند زده‌اند تا بتوانیم نور جدیدی را بر اختلالات عصبی و روان‌پزشکی ناتوان‌کننده مانند صرع و اسکیزوفرنی بیافرینیم.

توده‌های سلول‌های انسان در داخل مغز حیوانات ریشه می‌گیرند، به ذخایر خونی آن‌ها متصل می‌شوند و به مدارهای مغز موش می‌چسبند و به آن‌ها اجازه می‌دهند حرکات سبیل را حس کنند و نحوه رفتار حیوانات را تغییر دهند.

این روش پیشگامانه بدین معنی است که دانشمندان اکنون می توانند نحوه عملکرد نادرست سلول های مغزی بیماران مبتلا به اختلالات عصبی روانی را در مغز زنده مطالعه کنند و تأثیر داروها را در زمان واقعی ارزیابی کنند.

سرجیو پاسکا، استاد روانپزشکی که این پژوهش را در دانشگاه استنفورد رهبری می‌کند، می‌گوید: «اختلالات روانپزشکی بار بزرگی بر جامعه است و بسیار بسیار واضح است که ما به مدل‌های بهتری برای مطالعه آنها نیاز داریم. ما بیماران و خانواده های بیماران را می بینیم که مستأصل هستند. هیچ زمانی برای هدر دادن وجود ندارد.”

این کار جدیدترین پیشرفت در زمینه اخلاقی پیچیده ارگانوئیدهای مغز است که در آن دانشمندان توپ های کوچکی از سلول های مغز انسان را در آزمایشگاه پرورش می دهند. محققان از ارگانوئیدها برای بررسی رشد مغز، اوتیسم و ​​تاثیر عفونت‌هایی مانند ویروس زیکا استفاده کرده‌اند، اما برخی از آنها این سوال را مطرح کرده‌اند که چگونه دانشمندان می‌دانند که آیا ارگانوئیدها به نقطه‌ای می‌رسند که رنج می‌برند یا هوشیار می‌شوند.

یکی از مسائل عملی که در این زمینه با آن مواجه است این است که توده های بافت مغز رشد کرده در آزمایشگاه رفتار متفاوتی با نورون های مغز دارند. بخشی از مشکل این است که ارگانوئیدها در مواد مغذی از منبع خون غوطه ور نمی شوند و به مدارهای مغزی گسترده تر متصل نمی شوند.

برای غلبه بر این مشکلات اخیر، پاسکا و همکارانش ارگانوئیدهای مغز انسان را در ظرفی پرورش دادند تا اینکه بین 500000 تا 1 میلیون نورون را تشکیل دادند. سپس توپ‌های بافتی به پهنای 1.5 میلی‌متر به مغز موش‌های تازه متولد شده پیوند داده شدند، به‌ویژه ناحیه‌ای به نام قشر حسی تنی، که احساسات لامسه مانند حرکت سبیل را پردازش می‌کند.

پنج ماه بعد، اسکن‌های MRI نشان داد که توده‌های بافت مغز انسان شش تا هشت برابر بزرگ‌تر شده و به منبع خون حیوان متصل شده است. سلول‌های مغز انسان جایگزین بافت مغز موش‌های صحرایی نشدند، بلکه در عوض به آن متصل شدند. پس از رشد، هر ارگانوئید حدود 5 میلیون نورون انسانی به 30 متر موش اضافه کرد. برخی از موش‌ها دو ارگانوئید، یکی در هر طرف مغز دریافت کردند.

آزمایشات روی حیوانات هیچ شواهدی مبنی بر اینکه آنها عملکرد بهتری داشتند یا از عوارض بدی برخوردار بودند، پیدا نکرد. اما هنگامی که هوا در سبیل موش‌ها دمیده شد، نورون‌های انسان با فعالیت سوسو زدند و ترکیبی را بین بافت مغز موش و انسان نشان دادند. دانشمندان بعداً به موش‌ها آموزش دادند که وقتی سلول‌های انسانی در مغزشان فعال می‌شود، انتظار نوشیدن آب داشته باشند و نشان دادند که سلول‌های انسانی می‌توانند بر رفتار موش‌ها تأثیر بگذارند.

برای نشان دادن اینکه چگونه این روش می‌تواند برای تحقیقات ارزشمند باشد، دانشمندان ارگانوئیدهای مغزی را از سلول‌های سالم انسان و سایر ارگانوئیدها را از بیماران مبتلا به یک اختلال ژنتیکی به نام سندرم تیموتی ساختند و آنها را به مغز موش‌ها پیوند زدند. ارگانوئیدهای مغزی بیماران به حدی رشد کردند که ناهنجاری های واضحی از خود نشان دادند. جزئیات در Nature منتشر شده است. این تیم قصد دارد طیف وسیعی از شرایط را از صرع و اسکیزوفرنی تا اشکال خاص اوتیسم را در کنار داروهایی که ممکن است برخی از بیماران ممکن است مطالعه کند.

Gabriele Lignani از موسسه نورولوژی UCL گفت که این کار “هیجان انگیز” بود و راه های جدیدی را برای مطالعه بیماری های عصبی روانی باز کرد. او افزود: «ترکیب سلول‌های انسانی با یک مدل حیوانی تمام‌بدنی بر محدودیت‌هایی که این مدل‌ها دارند غلبه می‌کند.»

هنک گریلی، مدیر مرکز حقوق و علوم زیستی در دانشگاه استنفورد، که در این مطالعه مشاوره داد، گفت که تحقیقات ارگانوئیدی تعدادی از مسائل اخلاقی را مطرح می کند. «اگر ارگانوئید نوعی هوشیاری داشته باشد و در نتیجه پیوند دچار مشکل شود، چه؟ یا اگر حیوان پیوندی ویژگی های «انسانی» پیدا کند چه؟ او گفت. گریلی معتقد نیست که اینها مشکلات امروزی هستند، اما آنها را با پیشرفت کار ارزش بحث و گفتگو می داند. او گفت: «این خیلی زود نیست که به این فکر کنیم که اگر آن روز فرا رسد، چگونه می‌توانیم پاسخ «جامعه» را تعیین کنیم.