أدمغة بشرية صغيرة مطعمة في فئران مصابة أعادت بصرها

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، ظهرت الأدمغة المصغرة على مشهد علم الأعصاب بوعد كبير: فهم تطور الدماغ واستعادة الأدمغة المصابة.

تُعرف هذه الكتل الصغيرة من أنسجة المخ ، المعروفة باسم عضيات الدماغ ، بحجم العدس تقريبًا ، بالعضو الذي يبلغ وزنه ثلاثة أرطال والذي يقود حياتنا. ومع ذلك ، تحت السطح ، يتصرفون بشكل مخيف يشبه دماغ جنين بشري. تشعل خلاياهم العصبية نشاطًا كهربائيًا. يتكاملون بسهولة مع -وبالتالي السيطرة—العضلات ، على الأقل في الطبق. على غرار الأدمغة الكاملة ، تلد خلايا عصبية جديدة. حتى أن البعض يطور البنية المكونة من ست طبقات للقشرة البشرية - الطبقة الخارجية المتجعدة من الدماغ التي تدعم التفكير والاستدلال والحكم والكلام و ربما حتى الوعي.

ومع ذلك ، هناك سؤال حاسم يطارد علماء الأعصاب: هل تستطيع أجزاء فرانكشتاين هذه من أنسجة المخ بالفعل استعادة دماغ مصاب؟

A دراسة نشرت في خلية الخلايا الجذعية خلص هذا الشهر إلى أنهم يستطيعون. باستخدام عضيات الدماغ المصنوعة من الخلايا البشرية ، قام فريق بقيادة الدكتور هان تشياو إسحاق تشين من جامعة بنسلفانيا بزرع أدمغة صغيرة في الفئران البالغة مع إلحاق ضرر كبير بالقشرة البصرية - المنطقة التي تدعم الرؤية.

في غضون ثلاثة أشهر فقط ، اندمجت العقول الصغيرة مع أدمغة الفئران. عندما أضاء الفريق الأضواء الساطعة للحيوانات ، ارتفعت العضويات بالنشاط الكهربائي. بعبارة أخرى ، تلقى الدماغ البشري الصغير إشارات من عيون الفئران.

إنها ليست مجرد ضوضاء عشوائية. على غرار القشرة البصرية لدينا ، طورت بعض الخلايا العصبية في الدماغ الصغير بشكل تدريجي تفضيلًا للضوء الساطع في اتجاه معين. تخيل أنك تنظر إلى لعبة نفخ طاحونة أبيض وأسود بينما تتكيف عيناك مع الخطوط المتحركة المختلفة. يبدو الأمر بسيطًا ، ولكن قدرة عينيك على التكيف - يطلق عليها اسم "تحديد الاتجاه" - هي مستوى متطور من المعالجة المرئية وهو أمر بالغ الأهمية لكيفية إدراكنا للعالم.

الدراسة هي واحدة من أولى الدراسات التي أظهرت أن أنسجة المخ المصغرة يمكن أن تتكامل مع مضيف بالغ مصاب وتؤدي وظيفتها المقصودة. بالمقارنة مع المحاولات السابقة لزرع الخلايا الجذعية ، يمكن للأنسجة الاصطناعية أن تحل محل قطعة دماغية مصابة أو متدهورة في المستقبل - ولكن تظل هناك العديد من المحاذير.

"الأنسجة العصبية لديها القدرة على إعادة بناء مناطق الدماغ المصاب ،" محمد تشين. "لم ننجح في حل كل شيء ، لكن هذه خطوة أولى قوية للغاية."

حياة مصغرة للعقل الصغير

لقد كانت عضيات الدماغ في حالة من الجحيم. تم تصميمها لأول مرة في عام 2014 ، واستحوذت على الفور على اهتمام علماء الأعصاب كنموذج غير مسبوق للدماغ.

تتكون شبه الأدمغة من مصادر متعددة لتقليد مناطق مختلفة من الدماغ. كان أحد الاستخدامات الفورية هو دمج التكنولوجيا مع iPSCs (الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات) لدراسة اضطرابات النمو العصبي ، مثل الفصام أو التوحد.

هنا ، يتم تحويل خلايا جلد المريض مرة أخرى إلى حالة تشبه الخلايا الجذعية ، والتي يمكن أن تنمو بشكل أكبر لتصبح نسيجًا ثلاثي الأبعاد لدماغه. نظرًا لأن الشخص والدماغ الصغير يشتركان في نفس الجينات ، فمن الممكن تكرار دماغ الشخص جزئيًا أثناء النمو - وربما البحث عن علاجات جديدة.

منذ ولادتهم ، توسعت الأدمغة المصغرة الآن من حيث الحجم والعمر والتطور. كانت إحدى القفزات الكبرى هي أ إمداد الدم المتسق. تتشابك أدمغتنا بشكل وثيق مع الأوعية الدموية ، وتغذي الخلايا العصبية والشبكات العصبية لدينا بالأكسجين والمواد المغذية لتوفير الطاقة. جاء هذا الاختراق في عام 2017 ، عندما أظهرت عدة فرق أن زرع أشباه عضويات بشرية في أدمغة القوارض قد حفز الأوعية الدموية للمضيف على دمج وتغذية أنسجة المخ المنظمة ، مما يسمح لها بالتطور بشكل أكبر إلى بنية الدماغ المعقدة داخل العائل. الدراسات أثار عاصفة نارية من المناقشة داخل هذا المجال ، مع علماء الأخلاقيات الحيوية والباحثين على حد سواء يتساءلون عما إذا كانت العضيات البشرية يمكن أن تغير تصور أو سلوك القوارض.

كان لدى تشين فكرة مختلفة ، وإن كانت أكثر صعوبة. معظم الدراسات السابقة زرعت أدمغة صغيرة في القوارض الرضع لتغذية العضويات وتسهيل اندماجها مع الدماغ النامي.

على النقيض من ذلك ، فإن أدمغة البالغين أكثر تخلفًا. تم بالفعل إنشاء الدوائر العصبية شديدة التشابك - بما في ذلك إشاراتها ووظائفها. حتى في حالة الإصابة ، عندما يكون الدماغ جاهزًا للإصلاح ، فإن الدفع في أجزاء إضافية من الطعوم العضوية البشرية مثل الضمادة يمكن أن يدعم الدوائر العصبية المكسورة - أو يتداخل مع الدوائر القائمة.

وضعت دراسة تشين الجديدة النظرية على المحك.

اندماج غير متوقع

للبدء ، قام الفريق بزراعة عضيات الدماغ باستخدام خط خلايا جذعية بشرية متجددة. باستخدام وصفة كيميائية تم التحقق من صحتها مسبقًا ، تم إقناع الخلايا في أدمغة صغيرة تحاكي الأجزاء الأمامية من القشرة (حول الجبهة).

بحلول اليوم 80 ، رأى الفريق طبقات قشرية بدائية في العضية ، جنبًا إلى جنب مع خلايا منظمة بطريقة تشبه الدماغ النامي. ثم قاموا بزرع العضيات في القشرة البصرية التالفة للفئران البالغة.

بعد شهر واحد فقط من الزرع ، اندمجت الأوعية الدموية للمضيف مع الأنسجة البشرية ، لتزودها بالأكسجين والمواد المغذية التي تشتد الحاجة إليها وتسمح لها بالنمو والنضج. طورت الأدمغة الصغيرة عددًا لا يحصى من خلايا الدماغ المختلفة - ليس فقط الخلايا العصبية ، ولكن أيضًا خلايا الدماغ "الداعمة" مثل الخلايا النجمية والخلايا المناعية المتخصصة المسماة الخلايا الدبقية الصغيرة. لا يمكن الاستغناء عن هذين الأخيرين: فقد تورطوا في شيخوخة الدماغ ومرض الزهايمر والالتهاب والإدراك.

ولكن هل يمكن للدماغ البشري المزروع أن يعمل داخل الجرذ؟

في الاختبار الأول ، استخدم الفريق متتبعًا شائعًا لرسم خريطة الروابط بين العضو العضوي وعين الحيوان. على غرار الصبغة ، فإن المقتفي عبارة عن فيروس يقفز بين الوصلات العصبية - المشابك العصبية المدبلجة - بينما يحمل بروتينًا يضيء باللون الأخضر الساطع تحت مجهر الفلورسنت. مثل المسار المميز على خرائط Google ، يرتبط تدفق الضوء بوضوح على طول الطريق إلى الدماغ المصغر المزروع ، مما يعني أن دائرته مرتبطة ، من خلال نقاط الاشتباك العصبي المتعددة ، بعيون الفئران.

السؤال الثاني: هل يمكن للأنسجة المزروعة أن تساعد الجرذ على "الرؤية"؟ في ستة من أصل ثمانية حيوانات ، أدى تشغيل الأضواء أو إطفاءها إلى استجابة كهربائية ، مما يشير إلى أن الخلايا العصبية البشرية استجابت للتحفيز الخارجي. قال المؤلفون إن نمط النشاط الكهربائي يشبه الأنماط الطبيعية التي شوهدت في القشرة البصرية ، "مما يشير إلى أن الخلايا العصبية العضية لديها إمكانات مماثلة لاستجابة الضوء لعصب القشرة البصرية".

في اختبار آخر ، طوّرت الطعوم عصبونات "انتقائية" فضلت انتقائية اتجاه معينة للضوء - وهو شذوذ مضمن داخل قدرتنا على إدراك العالم. عند اختبارها باستخدام حواجز شبكية ضوئية مختلفة تتأرجح من الأسود إلى الأبيض ، كان التفضيل العام للخلايا العصبية المطعمة يحاكي ذلك الموجود في الخلايا العصبية السليمة والعادية.

"لقد رأينا أن عددًا كبيرًا من الخلايا العصبية داخل العضو العضوي استجاب لتوجهات محددة من الضوء ، مما يعطينا دليلًا على أن هذه الخلايا العصبية العُضوية لم تكن قادرة على الاندماج فقط مع النظام البصري ، ولكنها كانت قادرة على تبني وظائف محددة جدًا للضوء المرئي قال تشين.

أنسجة دماغ التوصيل والتشغيل؟

تظهر الدراسة أن الأدمغة المصغرة يمكنها بسرعة إنشاء شبكات عصبية مع دماغ المضيف ، بمعدل أسرع بكثير من زرع الخلايا الجذعية الفردية. يقترح استخدامًا قويًا للتكنولوجيا: إصلاح الأدمغة التالفة بسرعة غير مسبوقة.

تبقى أسئلة كثيرة. أولاً ، أجريت الدراسة على الفئران التي تم تناولها بجرعات من مثبطات المناعة لتثبيط الرفض. الأمل في الأدمغة المصغرة هو أن تتم زراعتها من خلايا المريض نفسه ، مما يلغي الحاجة إلى الأدوية المثبطة للمناعة - وهو أمل لم يتم اختباره بالكامل بعد. مشكلة أخرى هي كيفية مطابقة "عمر" الدماغ الصغير مع مضيفه بشكل أفضل ، حتى لا يتم تعطيل الإشارات العصبية الذاتية للشخص.

تتمثل الخطوة التالية للفريق في دعم مناطق الدماغ التالفة الأخرى باستخدام أدمغة صغيرة ، خاصة الضرر الناجم عن الانحطاط الناتج عن التقدم في السن أو المرض. يمكن أن تساعد إضافة التقنيات غير الغازية ، مثل التعديل العصبي أو "إعادة التأهيل" البصري للخلايا العصبية ، على زيادة اندماج عملية الزرع في دائرة المضيف وربما رفع وظائفها.

"الآن ، نريد أن نفهم كيف يمكن استخدام العضيات في مناطق أخرى من القشرة ، وليس فقط القشرة البصرية ، ونريد أن نفهم القواعد التي توجه كيفية تكامل الخلايا العصبية العضوية مع الدماغ حتى نتمكن من التحكم بشكل أفضل في هذه العملية و قال تشين.

الصورة الائتمان: جغامادزي وآخرون.