محققان دانشگاه میشیگان روشی را برای تولید مغزهای مینیاتوری رشد یافته مصنوعی ابداع کردند. به نام ارگانوئیدهای مغز انسان -; عاری از سلول‌های حیوانی که می‌توانند روش مطالعه و در نهایت درمان بیماری‌های عصبی را بهبود بخشند.
در طول دهه گذشته تحقیق در مورد بیماری های عصبی، دانشمندان استفاده از ارگانوئیدهای مغز انسان را به عنوان جایگزینی برای مدل های موش بررسی کرده اند. این بافت‌های سه‌بعدی خودآرایی که از سلول‌های بنیادی جنینی یا پرتوان مشتق شده‌اند، ساختار پیچیده مغز را در مقایسه با فرهنگ‌های دو بعدی معمولی مدل‌سازی می‌کنند.
تا به حال، شبکه مهندسی شده پروتئین ها و مولکول هایی که به سلول های ارگانوئیدهای مغزی ساختار می دهند، معروف به ماتریس خارج سلولی، اغلب از ماده ای به نام ماتریژل مشتق شده از سارکوم موش استفاده می کردند. این روش با ترکیب نسبتاً نامشخص و تنوع دسته به دسته دارای معایب قابل توجهی است.
آخرین تحقیق UM، منتشر شده در Annals of Clinical and Translational Neurology، راه حلی برای غلبه بر نقاط ضعف ماتریگل ارائه می دهد. محققان یک روش کشت جدید ایجاد کردند که از یک ماتریکس خارج سلولی مهندسی شده برای ارگانوئیدهای مغز انسان استفاده می کند. بدون حضور اجزای حیوانی – و نوروژنز ارگانوئیدهای مغز را در مقایسه با مطالعات قبلی افزایش داد.
این پیشرفت در توسعه ارگانوئیدهای مغز انسان عاری از اجزای حیوانی به گامهای قابل توجهی در درک زیست شناسی رشد عصبی اجازه می دهد.
Joerg Lahann، Ph.D.، نویسنده ارشد، مدیر مؤسسه UM Biointerfaces و Wolfgang Pauli استاد دانشگاه مهندسی شیمی در UM
دانشمندان مدت‌هاست که برای ترجمه تحقیقات حیوانی به دنیای بالینی تلاش کرده‌اند و این روش جدید باعث می‌شود که تحقیقات ترجمه‌ای از آزمایشگاه به کلینیک آسان‌تر شود.»
ماتریس های خارج سلولی بنیادی ارگانوئیدهای مغزی تیم تحقیقاتی از فیبرونکتین انسانی تشکیل شده بود، پروتئینی که به عنوان یک ساختار بومی برای چسبیدن، تمایز و بالغ شدن سلول های بنیادی عمل می کند. آنها توسط یک داربست پلیمری بسیار متخلخل پشتیبانی می شدند.
ارگانوئیدها برای ماه‌ها کشت داده شدند، در حالی که کارکنان آزمایشگاه به دلیل همه‌گیری COVID-19 قادر به ورود به ساختمان نبودند.
محققان با استفاده از پروتئومیک دریافتند که ارگانوئیدهای مغزی آنها مایع نخاعی مغزی را تولید می کنند، مایع شفافی که در اطراف مغز و نخاع سالم جریان دارد. این مایع در مقایسه با یک مطالعه برجسته در مورد ارگانوئیدهای مغز انسان که در Matrigel توسعه یافته بود، با CSF انسان بالغ مطابقت بیشتری داشت.
نویسنده اول، آیشه مونیز، Ph.D.، که دانشجوی کارشناسی ارشد در علوم ماکرو مولکولی UM بود، گفت: زمانی که مغز ما به طور طبیعی در رحم رشد می کند، البته روی بستری از ماتریکس خارج سلولی تولید شده توسط سلول های سرطانی موش رشد نمی کند. و برنامه مهندسی در زمان کار.
با قرار دادن سلول ها در یک طاقچه مهندسی شده که شباهت بیشتری به محیط طبیعی آنها دارد، پیش بینی کردیم که تفاوت هایی را در رشد ارگانوئیدها مشاهده خواهیم کرد که به طور صادقانه تری از آنچه در طبیعت می بینیم تقلید می کند.
Eva Feldman، MD، Ph.D.، مدیر مرکز تعالی ALS در UM و جیمز دبلیو، می‌گوید موفقیت این ارگانوئیدهای مغز انسان بدون بیگانه‌ژنیک دری را برای برنامه‌ریزی مجدد با سلول‌های بیماران مبتلا به بیماری‌های عصبی باز می‌کند. آلبرز استاد ممتاز نورولوژی در دانشکده پزشکی UM.
فلدمن گفت: «امکان گرفتن سلول‌های بنیادی از یک بیمار مبتلا به بیماری‌هایی مانند ALS یا آلزایمر و اساساً ساختن یک مغز کوچک آواتار از آن بیماران برای بررسی درمان‌های احتمالی یا مدل‌سازی چگونگی پیشرفت بیماری وجود دارد.» این مدل‌ها راه دیگری برای پیش‌بینی بیماری و مطالعه درمان در سطح شخصی برای شرایطی ایجاد می‌کنند که اغلب از فردی به فرد دیگر بسیار متفاوت است.»
منبع:
پزشکی میشیگان – دانشگاه میشیگان
مرجع مجله:
مونیز، ای جی، و همکاران. (2023). ماتریس های خارج سلولی مهندسی شده ارگانوئیدهای مغز را از سلول های بنیادی پرتوان انسان تسهیل می کند. Annals of Clinical and Translational Neurology. doi.org/10.1002/acn3.51820.