دانشمندان مشاهده کردند روی ارگانوئیدهای کوچک مغزی گرفته شده از انسان که در ظرف آزمایشگاه رشد یافته بودند، دو جام بینایی متقارن دو طرفه تشکیل شد که منعکس کننده تکامل ساختارهای چشم در جنین انسان است. این نتیجه باورنکردنی می تواند به درک بهتر فرآیند تمایز و رشد چشم و همچنین بیماری های چشم کمک کند.
جی گوپالاکریشنان، عصب‌شناس بیمارستان دانشگاه دوسلدورف در آلمان اعلام کرد: این تحقیق قابلیت ارگانوئیدهای مغز را برای تولید ساختارهای حسی اولیه که حساس به نور هستند و انواع سلول‌های مشابه سلول‌های موجود در بدن را در خود جای می‌دهند، نشان می‌دهد.
این ارگانوئیدها می‌توانند به مطالعه تعاملات مغز و چشم در طول رشد جنینی، مدل‌سازی اختلالات مادرزادی شبکیه و تولید انواع سلول‌های شبکیه شخصی سازی شده برای آزمایش‌های دارویی و پیوند عضو کمک کنند.
ارگانوئیدهای مغزی، مغز واقعی نیستند، بلکه ساختارهای کوچک و سه بعدی هستند که از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی رشد یافته‌اند. این سلول‌ها از انسان بالغ برداشت شده‌اند و با مهندسی معکوس به سلول‌های بنیادی تمایز یافته و قابلیت تبدیل شدن به انواع مختلف بافت را دارند.
در این مورد، این سلول‌های بنیادی به تکه‌هایی از بافت مغز تبدیل می شوند، بدون هیچ چیزی شبیه به افکار، احساسات یا آگاهی. چنین “مغزهای کوچکی” برای اهداف تحقیقاتی که در آن استفاده از مغزهای زنده واقعی غیرممکن است، یا دستکم از نظر اخلاقی مشکل است؛ برای مثال، آزمایش های دارویی، یا مشاهده رشد سلولی در شرایط خاص کاربرد دارد.
این بار، محققان به دنبال مشاهده نحوه رشد و تکامل چشم بودند.
در تحقیقات قبلی، سایر دانشمندان از سلول‌های بنیادی جنینی برای رشد جام‌های بینایی استفاده کرده بودند، ساختارهایی که در طول رشد جنینی تقریباً به کل کره چشم تبدیل می‌شوند. در تحقیقات دیگری ساختارهای شبیه جام بینایی از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی ایجاد شد.
محققان به جای رشد مستقیم این ساختارها، می خواستند ببینند که آیا می‌توان آنها را به بخشی از ارگانوئیدهای مغزی تبدیل کرد که امکان مشاهده نحوه رشد دو نوع بافت با هم، به جای رشد ساختارهای بینایی به صورت مجزا را فراهم می سازد.
محققان در مقاله خود نوشتند: رشد و تکامل چشم یک فرآیند پیچیده است و درک آن می تواند شالوده مبنای مولکولی بیماری های اولیه شبکیه چشم باشد.
این تصویر یک ارگانوئید مغز را با جام‌های بینایی نشان می‌دهد. (Elke Gabriel)
بنابراین، مطالعه وزیکول‌های بینایی که مراحل اولیه تشکیل چشم هستند و برای شکل‌گیری مناسب چشم ضروری قلمداد می شوند، بسیار مهم است.
مطالعات قبلی در مورد رشد ارگانوئیدها شواهدی از سلول‌های شبکیه را نشان داد، اما این سلول‌ها ساختارهای بینایی ایجاد نکردند، بنابراین محققان پروتکل‌های خود را تغییر دادند.
آنها تلاشی برای رشد سلول های عصبی در مراحل اولیه تمایز عصبی نکردند و رتینول استات را برای کمک به رشد چشم به محیط کشت اضافه کردند.
مغز تشکیل یافته، بعد از ۳۰ روز رشد و نمو، جام های بینایی را تشکیل داد؛ بطوری که ساختارها به وضوح در ۵۰ روزگی قابل مشاهده بودند. این یافته با زمان رشد چشم در جنین انسان سازگار است، به این معنی که این ارگانوئیدها می‌توانند برای مطالعه پیچیدگی‌های این فرآیند مفید باشند.
جام های بینایی حاوی انواع مختلف سلول های شبکیه هستند که به صورت شبکه های عصبی که به نور پاسخ می دادند و حتی حاوی عدسی و بافت قرنیه بودند، تشکیل یافتند. در نهایت، این ساختارها اتصال شبکیه به مناطقی از بافت مغز را نشان دادند.
.Graphical abstract Gabriel et al
گوپالاکریشنان گفت: در مغز پستانداران، رشته‌های عصبی سلول‌های عقده ای یا گانگلیونی شبکیه به اهداف خود در مغز متصل می شوند، ویژگی که قبلاً هرگز در یک سیستم آزمایشگاهی نشان داده نشده بود.
این پدیده قابل تکرار است. از ۳۱۴ اندام واره مغزی که محققان رشد دادند، ۷۳ درصد آنها جام های بینایی ایجاد کردند. به گفته محققان، این تیم امیدوار است راهبردهایی برای زنده نگه داشتن این ساختارها در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر برای انجام تحقیقات عمیق‌تر با ظرفیت های عظیم ایجاد کند.
این محققان گفتند: می توان ارگانوئیدهای مغز حاوی وزیکول بینایی که انواع سلول های عصبی بسیار تخصصی را نشان می دهند، ایجاد کرد و راه را برای تولید ارگانوئیدهای شخصی سازی شده و صفحات اپیتلیال رنگدانه شبکیه برای انجام پیوند هموار کرد.
محققان معتقدند ارگانوئیدهای نسل بعد به مدل‌سازی آسیب های شبکیه (رتینوپاتی) که از اختلالات اولیه عصبی ناشی می‌شوند، کمک می‌کنند.
این تحقیق در نشریه Cell Stem Cell منتشر شده است.
اطلاعات بیشتر:
More information: Elke Gabriel, Walid Albanna, Giovanni Pasquini, Anand Ramani, Natasa Josipovic, Aruljothi Mariappan, Friedrich Schinzel, Celeste M Karch, Guobin Bao, Marco Gottardo, Ata Alp Suren, Jürgen Hescheler, Kerstin Nagel-Wolfrum, Veronica Persico, Silvio O Rizzoli, Janine Altmüller, Maria Giovanna Riparbelli, Giuliano Callaini, Olivier Goureau, Argyris Papantonis, Volker Busskamp, Toni Schneider & Jay Gopalakrishnan, Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles, Cell Stem Cell (2021). doi.org/10.1016/j.stem.2021.07.010
Provided by: Royanscrm
