گامی جدید برای ساخت مدل‌های واقعی‌تر مغز انسان در آزمایشگاه

به گزارش «ساینس آلرت» (Science Alert)، بُرش‌زدن و تجزیه و تحلیلِ بافت واقعی، زنده و سه‌بعدی مغز با دشواری‌های آشکاری همراه است از جمله این‌که معمولا صاحبش به آن نیاز دارد. اما دانشمندان اکنون بیش از هر زمان دیگری به توانایی رشد مدل‌های واقع‌گرایانه بافت مغز در آزمایشگاه، برای انجام آزمایش‌ها، نزدیک شده‌اند.

ساخت داربست میکروسکوپی برای رشد سلول‌های مغزی

گروهی از پژوهشگران به رهبری دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید (UCR) داربست بسیار کوچکی به قطر حدود ۲ میلی‌متر ساخته‌اند که سلول‌های بنیادی عصبی اهدا شده می‌توانند روی آن قرار گیرند و به نورون‌های کامل تبدیل شوند.

این داربست BIPORES نام دارد؛ مخفف Bijel-Integrated PORous Engineered System به معنای سامانه مهندسی‌شده متخلخل یکپارچه‌شده با Bijel که عمدتا از پلیمر رایج پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) ساخته شده است. پژوهشگران، PEG را به گونه‌ای اصلاح کرده‌اند که بدون نیاز به پوشش‌های رایج (که ممکن است بر قابلیت اعتماد علمی تاثیر بگذارند) برای سلول‌های مغزی «چسبنده» شود.

ایجاد ساختاری شبیه اسفنج با نانوذرات سیلیکا

پژوهشگران با افزودن نانوذرات سیلیکا و تغییر شکل پلی‌اتیلن گلیکول (PEG)، ماتریسی از حفره‌های میکروسکوپی شبیه اسفنج ایجاد کردند تا سلول‌ها بتوانند به آن متصل شوند. این ساختار همچنین دارای انحنا و پایداری ویژه‌ای است که رشد و گسترش طبیعی سلول‌ها را تقویت می‌کند.

«ایمان نوشادی»، مهندس زیست‌پزشکی در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، می‌گوید: «این ماده تضمین می‌کند که سلول‌ها هر آنچه برای رشد، سازماندهی و برقراری ارتباط با یکدیگر نیاز دارند را دریافت کنند و در خوشه‌هایی شبیه مغز کنار هم قرار گیرند».

او اضافه می‌کند: «از آنجا که این ساختار بیش از پیش شبیه زیست‌شناسی واقعی است، می‌توانیم مدل‌های بافتی را با کنترل بسیار دقیق‌تری بر رفتار سلول‌ها طراحی کنیم».

حل چالش‌های روش‌های قبلی رشد بافت مغزی در آزمایشگاه

این داربست جدید چندین مشکل موجود در روش‌های فعلی پرورش بافت مغزی را رفع می‌کند. پژوهشگران می‌گویند این فناوری می‌تواند بافت‌هایی تولید کند که انسانی‌تر، پایدارتر و از این رو توانایی رسیدن به بلوغ بیشتری نسبت به روش‌های کنونی دارند، آن هم بدون استفاده از هیچ ماده شیمیایی یا ماده زیستی مشتق از حیوانات.

«پرینس دیوید اوکورو»، مهندس زیستی از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، توضیح می‌دهد: «از آنجا که این داربست مهندسی‌شده پایدار است، امکان انجام مطالعات بلندمدت را فراهم می‌کند. این موضوع بسیار مهم است؛ زیرا سلول‌های مغزی بالغ، در هنگام بررسی بیماری‌ها یا آسیب‌های مرتبط، عملکردی نزدیک‌تر به بافت واقعی دارند». 

امکان تولید نورون‌های شخصی‌سازی‌شده برای هر بیمار

افزون بر این، از آنجا که سلول‌های بنیادی عصبی که روی این داربست رشد می‌کنند می‌توانند از سلول‌های خون یا پوست انسان مشتق شوند، پژوهشگران می‌توانند به طور بالقوه نورون‌های آزمایشی ویژه هر بیمار را تولید کنند.

به گفته نویسندگان این پژوهش، هنگام پژوهش درباره بیماری‌های نورودژنراتیو (زوال عصبی) و آسیب‌های مغزی از جمله سکته، این شخصی‌سازی می‌تواند نقشی حیاتی در کشف‌های جدید داشته باشد.

کاهش وابستگی به آزمایش مغزی روی حیوانات

امکان آزمایش بافت مغزی بسیار شبیه واقعیت در آزمایشگاه می‌تواند وابستگی به آزمایش‌های حیوانی را کاهش دهد. این کار نه تنها از نظر اخلاقی بهتر است، بلکه بدین معناست که یافته‌های بعدی احتمال بیشتری دارد که به انسان‌ها قابل‌تعمیم باشند، نه فقط به حیواناتی که به‌عنوان جایگزین استفاده می‌شوند.

چالش‌های باقی‌مانده و کاربرد‌های آینده

تاکنون هنوز چالش‌های بسیاری از جمله افزایش مقیاس آن فراتر از اندازه کوچک فعلی باقی مانده است، اما این پیشرفت بسیار امیدبخش است. پژوهشگران همچنین معتقدند این روش می‌تواند برای اندام‌های دیگر مانند کبد نیز به‌کار رود.
نوشادی می‌گوید: «یک سیستم به هم‌پیوسته به ما اجازه می‌دهد ببینیم بافت‌های مختلف چگونه به یک درمان مشابه واکنش نشان می‌دهند و چگونه یک مشکل در یک اندام ممکن است بر اندام دیگر اثر بگذارد. این گامی به سوی درک یکپارچه‌تر زیست‌شناسی و بیماری‌های انسانی است».