مغز چگونه ساخته می‌شود؟

 پژوهش جدیدی که در مجله Nature Neuroscience منتشر شده، تصویر رایج دانشمندان از چگونگی شکل‌گیری مغز را به چالش کشیده است. محققان شواهدی پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد برخلاف تصور قبلی، مغز ممکن است از یک نوع سلول اولیه واحد شکل نگیرد، بلکه دست‌کم دو گروه متفاوت از سلول‌های پیش‌ساز، بخش‌های مختلف این اندام پیچیده را بسازند. این کشف در عین حال به روشی تازه برای تولید سلول‌های عصبی بخش پشتی مغز در آزمایشگاه منجر شده است؛ روشی که می‌تواند به پژوهش درباره بیماری‌هایی مانند ALS و آتروفی عضلانی نخاعی کمک کند.

در این گزارش می‌خوانید:

• مغز چگونه شکل می‌گیرد و یافته جدید چه چیزی را تغییر می‌دهد؟
• کشف دو نوع سلول پیش‌ساز برای ساخت بخش‌های مختلف مغز
• چرا مغز پسین از مسیر متفاوتی نسبت به مغز پیشین و میانی شکل می‌گیرد؟
• آزمایش روی جنین موش و سلول‌های بنیادی انسانی چگونه انجام شد؟
• این الگوی دوگانه در چه گونه‌های جانوری دیگری دیده شده است؟
• آیا سلول‌های اولیه مغز واقعاً سرنوشت قطعی دارند؟
• تولید نورون‌های مغز پسین در آزمایشگاه چه اهمیتی دارد؟
• کشف جدید چه ارتباطی با مطالعه بیماری‌های ALS و SMA دارد؟

سلول‌های پیش‌ساز مغز چگونه سرنوشت خود را انتخاب می‌کنند؟

برای دهه‌ها این دیدگاه وجود داشت که یک نوع سلول اولیه یا «سلول پیش‌ساز» می‌تواند در نهایت تمام بخش‌های مغز را ایجاد کند. اما یافته‌های جدید نشان می‌دهد این تصویر ممکن است بیش از حد ساده باشد. پژوهشگران دریافتند یک گروه از سلول‌های پیش‌ساز، به شکل مشخصی به سمت ساخت مغز پسین یا Hindbrain می‌روند؛ بخشی از مغز که در کنترل برخی عملکردهای حیاتی مانند تنفس و ضربان قلب نقش دارد.

در مقابل، گروه دیگری از سلول‌های پیش‌ساز، مسیر متفاوتی را طی می‌کنند و در شکل‌گیری مغز پیشین و مغز میانی نقش دارند. مغز پیشین نیز در عملکردهای پیچیده‌تری مانند برنامه‌ریزی، استدلال و دیگر توانایی‌های شناختی دخالت دارد. کایل لوه، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان پژوهش، می‌گوید مغز یک اندام واحد است، اما ممکن است از دو بخش متفاوت ساخته شده باشد که در ادامه به یکدیگر متصل شده و با هم کار می‌کنند.

آزمایش روی سلول‌های بنیادی انسانی چه چیزی درباره رشد مغز نشان داد؟

برای بررسی منشأ این سلول‌ها، تیم پژوهشی ابتدا جنین موش را در مراحل بسیار ابتدایی رشد بررسی کرد. دانشمندان با استفاده از رنگ‌آمیزی بافتی و توالی‌یابی RNA توانستند دو گروه متمایز از سلول‌های پیش‌ساز مغز را شناسایی کنند. در آزمایش دیگری، پژوهشگران سلول‌های پیش‌ساز مربوط به بخش پشتی مغز را با نشانگرهای فلورسنت مشخص کردند تا سرنوشت آنها را در مراحل بعدی رشد دنبال کنند. نتیجه نشان داد سلول‌هایی که با این نشانگر مشخص شده بودند، عمدتاً در بخش پشتی مغز باقی ماندند و به قسمت جلویی مغز وارد نشدند.

محققان سپس آزمایش مشابهی را با سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی انجام دادند؛ سلول‌هایی که قابلیت تبدیل شدن به انواع مختلف سلول‌های بدن را دارند. آنها این سلول‌ها را به دو نوع سلول اولیه مغزی تبدیل کردند و سپس با استفاده از سیگنال‌های شیمیایی، تلاش کردند مسیر رشد آنها را تغییر دهند. یکی از انواع سلول‌ها به‌راحتی توانست در مسیر تشکیل مغز پیشین و میانی قرار بگیرد، اما وقتی سیگنال‌های لازم برای ساخت مغز پسین به آن داده شد، نتوانست به این مسیر وارد شود. این نتیجه نشان می‌دهد سرنوشت بخشی از سلول‌های پیش‌ساز ممکن است از همان مراحل بسیار ابتدایی رشد تا حد زیادی تعیین شده باشد.

آیا سلول‌های اولیه مغز از همان ابتدا سرنوشت مشخصی دارند؟

پژوهشگران برای بررسی اینکه این سازوکار چقدر قدیمی است، آن را در گونه‌های مختلف جانوری نیز بررسی کردند؛ از میمون و مرغ گرفته تا ماهی گورخری. آنها در تمام این گونه‌ها دو نوع سلول پیش‌ساز با ویژگی‌های مشابه پیدا کردند.

حتی در کرم بلوط دریایی نیز نشانه‌هایی از چنین الگویی دیده شد؛ جانوری که مسیر تکاملی آن بیش از ۵۰۰ میلیون سال پیش از مسیر تکاملی انسان جدا شده است.

این موضوع برای پژوهشگران اهمیت زیادی دارد، زیرا می‌تواند نشان دهد تقسیم سلول‌های اولیه مغز به دو مسیر، سازوکاری بسیار قدیمی در تاریخ تکامل جانوران است. با این حال، همه دانشمندان با تفسیر «دو منشأ کاملاً جداگانه» موافق نیستند. برخی پژوهشگران احتمال می‌دهند سلول پیش‌سازی وجود داشته باشد که برای مدت کوتاهی در مراحل بسیار ابتدایی رشد ظاهر می‌شود و بعد به دو گروه مورد مطالعه تبدیل می‌شود.

بنابراین، یافته جدید شواهد قابل توجهی برای وجود دو مسیر متفاوت ارائه می‌کند، اما هنوز نمی‌توان با قطعیت گفت که این دو جمعیت سلولی از ابتدا کاملاً مستقل از یکدیگر بوده‌اند.

کشف جدید چه کمکی به درمان بیماری‌های عصبی می‌کند؟

یکی از مهم‌ترین نتایج عملی این پژوهش، پیدا کردن روشی مؤثرتر برای تولید سلول‌های عصبی مغز پسین در آزمایشگاه است. برخی نورون‌های موجود در مغز پسین در بیماری‌های عصبی مانند ALS یا بیماری نورون حرکتی و همچنین آتروفی عضلانی نخاعی (SMA) آسیب می‌بینند یا از بین می‌روند. تولید این نورون‌ها در آزمایشگاه تاکنون کار دشواری بوده است و همین مسئله مطالعه مستقیم بیماری و آزمایش روش‌های احتمالی درمان را محدود کرده است.

پژوهشگران با شناخت بهتر مسیر رشد اولیه مغز توانستند مولکول‌های پیام‌رسان مورد نیاز برای هدایت سلول‌های بنیادی را شناسایی کنند. آنها در ادامه موفق شدند تعداد زیادی نورون انسانی مربوط به مغز پسین را در آزمایشگاه تولید کنند. این سلول‌ها می‌توانند در آینده به عنوان مدلی برای مطالعه بیماری‌های عصبی و آزمایش ترکیبات دارویی مورد استفاده قرار گیرند. تیم پژوهشی امیدوار است از این روش برای جست‌وجوی درمان‌های احتمالی برای SMA نیز استفاده کند.

آیا این کشف ساختار مغز را از نو تعریف می‌کند؟

یافته‌های جدید به این معنا نیست که دانشمندان اکنون پاسخ نهایی درباره منشأ مغز را پیدا کرده‌اند. پژوهش همچنان درباره نحوه تعیین سرنوشت سلول‌های اولیه و امکان تغییر این سرنوشت در مراحل بسیار ابتدایی رشد پرسش‌هایی ایجاد می‌کند. با این حال، نتایج نشان می‌دهد شکل‌گیری مغز احتمالاً فرایندی پیچیده‌تر از آن چیزی است که مدل‌های قبلی تصور می‌کردند؛ فرایندی که در آن دست‌کم دو مسیر سلولی متمایز می‌توانند در ساخت بخش‌های مختلف این اندام نقش داشته باشند.

اهمیت دیگر این مطالعه، فراتر از شناخت تاریخچه رشد مغز است. توانایی تولید نورون‌های خاص مغز در آزمایشگاه می‌تواند ابزار ارزشمندی برای مطالعه بیماری‌های عصبی و توسعه درمان‌های آینده باشد.

منبع: خبرآنلاین