مغز مینیاتوری انسان برای اولین بار به محرک‌های بینایی پاسخ داد

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، مغز انسان مینیاتوری که از سلول‌های بنیادی رشد کرده و در موش‌های زنده کاشته شده است، برای اولین بار به چیز‌هایی که موش‌ها می‌دیدند پاسخ نشان داده است. دانشمندان به لطف الکترود‌های گرافن تخصصی توانستند این پاسخ‌ها را در زمان واقعی تماشا کنند.

**ساخت مغز مینیاتوری از ارگانوئیدها

در سال‌های اخیر، دانشمندان راهی برای بازگرداندن سلول‌های پوست بالغ به حالت نابالغ پیدا کردند که پس از این دستاورد می‌توان تقریباً هر نوع سلول دیگری را در بدن ایجاد کرد. این سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را می‌توان برای ساخت نسخه‌های کوچک، اما عملکردی از اندام‌ها به نام «ارگانوئیدها» در آزمایشگاه استفاده کرد.

از آنجایی که ارگانوئید‌ها نمایشی طبیعی‌تر و سه بعدی از چیز واقعی هستند، می‌توان از ارگانوئید‌ها برای مدل سازی توسعه، بیماری و واکنش‌های دارویی استفاده کرد که بسیار دقیق‌تر از کشت مسطح سلول‌ها در یک ظرف است. در طول سال‌ها، دانشمندان موفق شده‌اند نسخه‌های کوچکی از مغز، قلب، ریه، کبد، کلیه‌ها، معده، چشم‌ها، پانکراس و حتی رگ‌های خونی و فولیکول‌های مو را به این روش رشد دهند.

اکتبر گذشته، تیمی از دانشگاه استنفورد برای اولین بار ارگانوئید‌های مغز انسان را در موش‌ها کاشتند و دریافتند که سلول‌های انسان با نورون‌های موش ارتباط برقرار می‌کنند. در مطالعه جدید، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا (UC) سن دیگو با نشان دادن اینکه ارگانوئید‌های مغز انسان کاشته شده در موش‌ها قادر به پاسخگویی در برابر محرک‌ها هستند، این کار را انجام دادند.

**دستیابی به روشی جدید برای ثبت فعالیت‌های عصبی

اما تا به حال، هیچ تیم تحقیقاتی نتوانسته بود نشان دهد که ارگانوئید‌های مغز انسان کاشته شده در قشر موش قادر به اشتراک گذاری ویژگی‌های عملکردی یکسان هستند و به محرک‌ها به روشی مشابه واکنش نشان می‌دهند. این به این دلیل است که فناوری‌های مورد استفاده برای ثبت عملکرد مغز محدود هستند و به طور کلی قادر به ثبت فعالیت‌هایی نیستند که تنها چند میلی‌ثانیه طول بکشد؛ بنابراین محققان دانشگاه سن دیگو با توسعه آزمایش‌هایی که ترکیبی از آرایه‌های میکروالکترود ساخته شده از گرافن شفاف و تصویربرداری دو فوتونی، دو تکنیک تجربی را برای تصویربرداری از سلول‌های مغز بکار گرفتند.

محققان برای این کار ابتدا آرایه‌ای از الکترود‌های گرافن شفاف را روی ارگانوئید‌های پیوندی قرار دادند. این دستگاه‌ها به تیم اجازه دادند تا فعالیت عصبی الکتریکی را که هم در سلول‌های مغز انسان و هم در بافت‌های اطراف موش انجام می‌شود، ثبت کنند. سپس، آن‌ها از میکروسکوپ دو فوتونی برای تصویربرداری از مغز استفاده کردند و دریافتند که رگ‌های خونی موش به درون ارگانوئید‌ها رشد کرده و اکسیژن و مواد مغذی برای آن‌ها فراهم می‌کنند.

سه هفته پس از کاشت، محققان آزمایش‌هایی را انجام دادند که در آن نور سفید را در مقابل موش‌ها می‌تاباندند و پاسخ سلول‌های مختلف مغز را تماشا می‌کردند.   مطمئناً، الکترود‌های گرافن علائم واضحی از جهش الکتریکی را نشان دادند که از قشر بینایی منتشر می‌شد. این نشان داد که ارگانوئید‌های انسانی با بافت مغز موش ارتباط سیناپسی برقرار کرده اند. در طی ۱۱ هفته آزمایش‌های بعدی، محققان نشان دادند که ایمپلنت‌ها به طور فزاینده‌ای از نظر عملکردی در میزبان ادغام می‌شوند.

الکترود‌های گرافن به دانشمندان اجازه می‌دهد تا فعالیت الکتریکی موجود در ارگانوئید‌های مغز انسان و بافت مغز موش اطراف آن را اندازه گیری کنند

**نورامیدی برای بازگرداندن عملکرد بخش‌های آسیب دیده مغز

دویگو کوزوم سرپرست این تیم تحقیقاتی می گوید:ما تصور می‌کنیم که در ادامه مسیر، این ترکیبی از سلول‌های بنیادی و فناوری‌های ثبت عصبی برای مدل‌سازی بیماری در شرایط فیزیولوژیکی، بررسی درمان‌های کاندید بر روی ارگانوئیدهای خاص بیمار و ارزیابی پتانسیل ارگانوئیدها برای بازیابی از دست رفته، تحلیل رفته یا آسیب‌دیده مورد استفاده قرار گیرد. 

مدیسون ویلسون، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید:هیچ مطالعه دیگری قادر به ضبط همزمان نوری و الکتریکی نبوده است. آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که محرک‌های بصری پاسخ‌های الکتروفیزیولوژیکی را در ارگانوئید‌ها برمی‌انگیزد، که با پاسخ‌های قشر اطراف آن مطابقت دارد.

دانشمندان در پژوهش‌های آینده خود قصد دارند با استفاده از این تکنیک، پیشرفت بیماری‌های عصبی را مدل‌سازی کنند، که در نهایت می‌تواند به کشف درمان‌های بالقوه جدید کمک کند.

محققان امیدوارند که این ترکیبی از فناوری‌های نوآورانه ضبط عصبی برای مطالعه ارگانوئید‌ها به عنوان یک پلت فرم منحصر به فرد برای ارزیابی جامع ارگانوئید‌ها به عنوان مدل‌هایی برای رشد و بیماری مغز و بررسی استفاده از آن‌ها به عنوان پروتز‌های عصبی برای بازگرداندن عملکرد به مناطق از دست رفته، تحلیل رفته یا آسیب‌دیده مغز عمل کند.  

این تحقیق در مجله «Nature Communications» منتشر شده است.