ساخت مغز مصنوعی انسان با رگهای خونی برای درمان اختلالات عصبی-رشدی
دانشمندان دانشگاه جانز هاپکینز موفق به ساخت یک ارگانوئید مغزی چندبخشی (Multi-region Brain Organoid یا MRBO) شدهاند که با برخورداری از انواع سلولهای عصبی، نواحی مختلف مغز و حتی رگهای خونی اولیه، میتواند انقلابی در درمان اختلالات عصبی-رشدی ایجاد کند.
به گزارش بازتاب امروز، این ارگانوئید در مقایسه با مغز واقعی کوچکتر است و بین ۶ تا ۷ میلیون نورون دارد، در حالی که مغز بالغ انسانی دارای دهها میلیارد نورون است. با وجود این، به دلیل ترکیب نواحی مختلف مغزی، بستری منحصربهفرد برای مطالعه رشد مغز فراهم میکند.
اکثر ارگانوئیدهای مغزی که تاکنون در پژوهشها مشاهده شدهاند، تنها یک ناحیه از مغز مانند قشر مخ یا ساقه مغز را شبیهسازی میکنند. اما ارگانوئید جدید دانشمندان جانز هاپکینز، که توسط دکتر آنی کاتوریا و گروه او ساخته شده، نخستین مدلی است که نمایی ابتدایی از کل مغز انسان را بازسازی میکند.
دکتر کاتوریا توضیح داد: «ما یک ارگانوئید کامل و ابتدایی از مغز انسان ساختهایم، که به آن ارگانوئید مغزی چندبخشی یا MRBO میگوییم. این مدل به ما امکان میدهد رشد مغز را در زمان واقعی مشاهده و اثر درمانها را ارزیابی کنیم.»
فرایند ساخت ارگانوئید چندبخشی
محققان ابتدا سلولهای عصبی مربوط به بخشهای مختلف مغز و ساختارهای اولیه رگهای خونی را به صورت جداگانه در ظروف آزمایشگاهی پرورش دادند. سپس با بهرهگیری از نوعی پروتئین چسبنده ویژه، این اجزا را بهگونهای به هم متصل کردند که امکان تعامل میان آنها فراهم شود. نتیجه این اتصال، رشد هماهنگ بافتها و ایجاد فعالیتهای الکتریکی بود، که نشاندهنده عملکرد منسجم آنها به عنوان یک شبکه عصبی واقعی است.
این مدل آزمایشگاهی توانسته است مجموعه متنوعی از سلولهای عصبی را حفظ کند، که از نظر عملکردی شبیه مغز جنین ۴۰ روزه انسان هستند. همچنین حدود ۸۰ درصد از انواع سلولی که به طور طبیعی در مراحل اولیه رشد مغز یافت میشوند، در این ارگانوئید نیز حضور دارند.
شکلگیری اولیه سد خونی-مغزی در ارگانوئید
یکی از نکات قابل توجه این پژوهش، مشاهده آغاز شکلگیری سد خونی-مغزی (Blood-Brain Barrier) در این مدل است. سد خونی-مغزی لایهای حفاظتی است که نقش مهمی در کنترل ورود مواد به مغز ایفا میکند و وجود آن در مدلهای آزمایشگاهی پیشرفته، دسترسی به نتایج دقیقتری را ممکن میسازد.
اهمیت این دستاورد برای اختلالات عصبی-رشدی
دکتر کاتوریا بیان کرد: «اگر بخواهیم اختلالات عصبی-رشدی مانند اوتیسم را درک کنیم، نیاز به مدلهایی با سلولهای انسانی داریم، چرا که نمیتوانیم مغز یک انسان زنده را مطالعه کنیم.»
وی تصریح کرد: «ارگانوئیدهای کامل مغزی به ما امکان میدهند تا اختلالات را در زمان واقعی مشاهده کنیم، اثربخشی درمانها را بررسی نماییم و حتی درمانهایی خاص برای هر فرد طراحی کنیم.»
انقلاب در توسعه داروی اختلالات عصبی-رشدی
یکی از مهمترین پیامدهای این فناوری، تحول در فرایند توسعه داروهای عصبی و روانپزشکی است. تاکنون، ۸۵ تا ۹۰ درصد از داروها در مراحل اولیه آزمایشهای بالینی شکست میخورند. در مورد داروهای مرتبط با اختلالات عصبی-رشدی، نرخ شکست به ۹۶ درصد میرسد و این موضوع عمدتاً به دلیل تفاوتهای ساختاری بین مغز انسان و حیوانات است، که در تحقیقات به جای مغز انسان مورد بررسی قرار میگیرند.
اما با بهرهگیری از ارگانوئیدهای مغزی کامل، که بیشتر از مغز حیوانات با ساختار مغز انسان همخوانی دارند، احتمال موفقیت در شناسایی داروهای مؤثر بسیار بیشتر خواهد بود.
آینده درمان بیماریهای مغزی
دکتر کاتوریا عنوان کرد: «بیماریهایی مثل اسکیزوفرنی، اوتیسم و آلزایمر کل مغز را درگیر میکنند و فقط محدود به یک بخش نمیشوند. اگر بفهمیم در مراحل اولیه رشد مغز چه چیزی بهاشتباه پیش میرود، میتوانیم اهداف جدیدی برای توسعه داروها بیابیم.»
ارگانوئیدهای مغزی اولیه دوبعدی بودند و کاربرد زیادی نداشتند. اما مدلهای جدیدتر سهبعدی دانشمندان پیشرفت چشمگیری داشتهاند؛ به گونهای که میتوانند وظایف سادهای مثل یادگیری و حفظ اطلاعات را انجام دهند. جالبتر اینکه بعضی از این ساختارهای مغزی کوچک حتی توانستهاند بازی سادهای مثل بازی ویدیویی Pong را اجرا کنند.
با وجود اینکه ارگانوئیدهای مغزی آگاه نیستند و توانایی تجربه یا درک ندارند، اما مانند «ذهن ابتدایی یک انسان» عمل میکنند و میتوانند به دانشمندان کمک کنند تا عملکرد مغز را بهتر بشناسند و روشهای درمانی هوشمندتری طراحی کنند.