کد خبر: ۳۴۲۶۱
|
۰۵ فروردين ۱۴۰۲ | ۱۲:۳۰

مغزهای کوچک چگونه ساخته می‌شوند؟

دانشمندان ارگانوئیدهای مغزی را از سلول‌های بنیادی رشد می‌دهند، نوعی سلول نابالغ که می‌تواند هر نوع سلولی را ایجاد کند، اعم از خون، پوست، روده یا مغز. سلول‌های بنیادی مورد استفاده برای رشد ارگانوئیدها می‌توانند از سلول‌های انسان بالغ یا به ندرت از بافت جنینی انسان به دست آیند.

به گزارش«نبض فناوری»

در دهه گذشته، تولید آزمایشگاهی ارگانوئیدهای بافت مغز انسان شروع به تبدیل شدن به تیتر اخبار شدند، زیرا عصر جدیدی از اکتشافات علمی را آغاز کردند و سؤالات اخلاقی زیادی را مطرح کردند. درواقع ارگانوئیدهای مغز اساساً مینی‌مغزهایی هستند که در آزمایشگاه رشد کرده اند و ویژگی‌های ساختاری و عملکردی مغزهای با اندازه کامل را تقلید می‌کنند. این حباب‌ها که از نظر علمی به عنوان ارگانوئیدهای مغز شناخته می‌شوند، اما در اخبار اغلب "مغز کوچک" نیز نامیده می‌شوند، به‌عنوان مدل‌های کوچک و ساده‌شده مغز انسان در اندازه کامل عمل می‌کنند. این ارگانوئیدها به طور بالقوه می‌توانند در تحقیقات پایه، توسعه دارو و حتی علوم کامپیوتر مفید باشند. با این حال، از آنجایی که دانشمندان این مدل‌ها را پیچیده‌تر می‌کنند، این سوال وجود دارد که آیا آنها می‌توانند بیش از حد شبیه مغز انسان شوند و در نتیجه هوشیاری خود را به هر شکلی به دست آورند.

مغزهای کوچک چگونه ساخته می‌شوند؟

دانشمندان ارگانوئیدهای مغزی را از سلول‌های بنیادی رشد می‌دهند، نوعی سلول نابالغ که می‌تواند هر نوع سلولی را ایجاد کند، اعم از خون، پوست، روده یا مغز. سلول‌های بنیادی مورد استفاده برای رشد ارگانوئیدها می‌توانند از سلول‌های انسان بالغ یا به ندرت از بافت جنینی انسان به دست آیند. برای تولید این سلول‌ها، دانشمندان سلول‌های بالغ را جمع‌آوری می‌کنند و سپس آنها را در معرض مواد شیمیایی قرار می‌دهند تا آنها را به حالت سلول‌های بنیادی برگردانند. سلول‌های بنیادی به دست آمده را «سلول‌های بنیادی پرتوان القایی» (iPSC) می‌نامند که می‌توانند به هر نوع بافتی رشد کنند. در ادامه برای ایجاد یک مغز کوچک، دانشمندان این سلول‌های بنیادی را در یک ماتریکس غنی از پروتئین جاسازی کردند، ماده‌ای که از سلول‌ها در هنگام تقسیم شدن و تشکیل یک شکل سه‌بعدی پشتیبانی می‌کند. بر اساس بررسی سال 2020 در مجله Frontiers in Cell and Developmental Biology  نوشته شده است، این سلول‌ها ممکن است در بالای داربست فیزیکی و سه بعدی نیز رشد کنند.

فرایند طی شده برای رشد و تکوین ارگانوئید

دانشمندان برای ترغیب سلول‌های بنیادی برای تشکیل بافت‌های مختلف، مولکول‌ها و فاکتورهای رشد خاصی - موادی که رشد و تکثیر سلولی را تحریک می‌کنند را به سیستم کشت سلولی در نقاط دقیق رشد وارد می‌کنند. علاوه بر این، دانشمندان اغلب سلول‌های بنیادی را در بیوراکتورهای در حال چرخش قرار می‌دهند، زیرا در مغز کوچک رشد می‌کنند. این دستگاه‌ها ارگانوئیدهای در حال رشد را معلق نگه می‌دارند، به‌جای اینکه بر روی یک سطح صاف قرار بگیرند. این به ارگانوئیدها کمک می‌کند تا مواد مغذی و اکسیژن را از محلول به خوبی هم زده اطراف خود جذب کنند. با گذشت زمان، ارگانوئیدهای مغزی با رشد بیشتر پیچیده‌تر می‌شوند، شبیه به رشد مغز جنین انسان در رحم. ارگانوئیدها حاوی انواع مختلفی از سلول‌ها هستند که در مغز انسان با اندازه کامل یافت می‌شوند. اگرچه ساختار و عملکرد آنها ساده تر از مغز یک انسان واقعی است.

چرا دانشمندان به دنبال ساخت مغزهای کوچک هستند؟

مینی مغز‌ها را می‌توان برای کاربردهای مختلفی استفاده کرد. برای مثال، دانشمندان از حباب‌های بافت برای مطالعه رشد اولیه مغز انسان استفاده می‌کنند. برای این منظور، دانشمندان ارگانوئیدهای مغزی را با مجموعه‌ای از ساختارهای چشم مانند به نام "کاپ‌های نوری" رشد داده‌اند. در جنین انسان در رحم، کاپ بینایی در نهایت باعث ایجاد شبکیه حساس به نور در پشت چشم می‌شود. گروهی دیگر ارگانوئیدهایی را پرورش دادند که امواج مغزی مشابه امواج مغزی در نوزادان نارس تولید می‌کردند و گروهی دیگر از مغز کوچک استفاده کردند تا توضیح دهند که چرا یک داروی رایج در صورت مصرف در دوران بارداری می‌تواند باعث نقص مادرزادی و اختلالات رشدی شود. مدل‌هایی مانند این به محققان اجازه می‌دهند مغز را همانطور که در اوایل بارداری به نظر می‌رسد، ببینند، شاهکاری که برای انسان هم دشوار و هم غیراخلاقی است. بر اساس بررسی‌های Frontiers in Cell and Developmental Biology، مینی‌مغز همچنین می‌تواند برای مدل‌سازی شرایطی که بر بزرگسالان تأثیر می‌گذارد، از جمله بیماری‌های عفونی که بر مغز تأثیر می‌گذارند، تومورهای مغزی و اختلالات عصبی مانند آلزایمر و بیماری پارکینسون استفاده شود. علاوه بر این، برخی گروه‌ها در حال توسعه مغزهای کوچک برای غربالگری دارو هستند تا ببینند آیا یک داروی داده شده می‌تواند برای مغز بیماران انسان سمی باشد یا خیر. چنین مدل‌هایی می‌توانند مکمل یا در نهایت جایگزین تحقیقات انجام شده با سلول‌ها در ظروف آزمایشگاهی و حیوانات شوند. حتی مطالعات روی پستانداران، که مغزشان شباهت زیادی به مغز انسان دارد، نمی‌تواند دقیقاً آنچه را که در بیماری‌های انسانی اتفاق می‌افتد، به‌طور کامل نشان دهد. با این حال، در حال حاضر، کارشناسان توافق دارند که ارگانوئیدهای مغز به اندازه کافی پیشرفته نیستند تا به طور جزئی یا کامل جایگزین مدل‌های سلولی و حیوانی بیماری شوند. اما دانشمندان امیدوارند روزی این مدل‌ها منجر به توسعه داروهای جدید شود و نیاز به تحقیقات حیوانی را کاهش دهد. برخی از محققین حتی در حال آزمایش هستند که آیا ترمیم مغز به دنبال "پیوند" جراحات با مغزهای کوچک انسان در آزمایشگاه امکان پذیر است یا خیر.

فراتر از پزشکی و مطالعه رشد انسان، مینی مغزها می‌توانند برای مطالعه تکامل انسان نیز مورد استفاده قرار گیرند. اخیراً، دانشمندان از ارگانوئیدهای مغزی برای بررسی اینکه کدام ژن به مغز انسان اجازه رشد تا این حد بزرگ شدن را می‌دهد، استفاده کردند و دیگران از ارگانوئیدها برای بررسی تفاوت مغز انسان با میمون‌ها و نئاندرتال‌ها استفاده کردند. در نهایت، برخی از دانشمندان می‌خواهند از ارگانوئیدهای مغزی برای تامین انرژی سیستم‌های کامپیوتری استفاده کنند. در آزمایش اولیه این فناوری، یک گروه اخیراً یک مغز کوچک از سلول‌های مغز انسان و موش ساختند که پس از اتصال به یک آرایه الکترود کنترل‌شده توسط کامپیوتر، با موفقیت «پنگ» را بازی کرد.

و در یک پیشنهاد اخیر منتشر شده در مجله Frontiers in Science ، دانشمندان برنامه‌های خود را برای رشد ارگانوئیدهای مغزی بزرگ، حاوی ده‌ها هزار تا میلیون‌ها سلول و پیوند آنها به یکدیگر برای ایجاد شبکه‌های پیچیده ای اعلام کردند که می‌توانند به عنوان پایه ای برای کامپیوترهای زیستی آینده باشند.

آیا مینی مغزها می‌توانند حساس باشند؟

اگرچه گاهی اوقات "مغز کوچک" نامیده می‌شود، اما ارگانوئیدهای مغز واقعاً مغزهای کوچک انسان نیستند. در عوض، آنها تقریباً توپ‌های کروی از بافت مغز هستند که برخی از ویژگی‌های مغز انسان را در اندازه کامل تقلید می‌کنند. به عنوان مثال، ارگانوئیدهای مغزی، که حاوی انواع سلولی هستند که در قشر مخ، سطح خارجی چروکیده مغز، حاوی چندین لایه بافت هستند، مانند یک قشر واقعی. به طور مشابه، ارگانوئیدهای مغزی می‌توانند پیام‌های شیمیایی و امواج مغزی مشابه آنچه در یک مغز کامل دیده می‌شود را تولید کنند، اما کارشناسان می‌گویند که این بدان معنا نیست که آنها می‌توانند "فکر کنند" . در گزارشی در همین راستا گفته شد، یک نقطه مهم در این بحث این واقعیت است که دانشمندان علوم اعصاب تعریف توافق شده‌ای از آگاهی کامل در این خصوص ندارند، و همچنین راه‌های استانداردی برای اندازه گیری این پدیده نیز ندارند.

در آینده ارگانوئیدهای مغزی بسیاری از قابلیت‌های کلیدی را نخواهند داشت

- مینی مغزهای رشد یافته در آزمایشگاه به عنوان "سخت افزار بیولوژیکی" برای ایجاد کامپیوترهای زیستی جدید استفاده خواهند شد آکادمی‌های ملی علوم، مهندسی و پزشکی کمیته ای را برای مقابله با این معضلات تشکیل دادند و گزارشی را در سال 2021 منتشر کردند که برخی از مسائل اخلاقی بالقوه کار با ارگانوئیدهای مغزی را تشریح کرده است. در آن زمان، نویسندگان به این نتیجه رسیدند که " با توجه به درک فعلی، در آینده قابل پیش بینی، بسیار بعید است که [ارگانوئیدهای مغز] دارای قابلیت‌هایی همچون آگاهی، هوشیاری، احساسات یا تجربه درد باشند. از دیدگاه اخلاقی، ارگانوئیدهای عصبی در حال حاضر با سایر بافت‌ها یا فرهنگ‌های عصبی انسان در شرایط آزمایشگاهی تفاوتی ندارند. با این حال، از آنجایی که دانشمندان ارگانوئیدهای پیچیده‌تری را تولید می‌کنند، نیاز احتمالی برای ایجاد این تمایز باید مرتباً مورد بررسی قرار گیرد.

ارسال نظرات
وبگردی