رشد مغزهای مینیاتوری انسانی درون جمجمه موش

پژوهشگران موسسه‌ی سالک ]چندی پیش موفق به کاشت ارگانوییدهای مغز انسان (مغزهای مینیاتوری پرورش‌یافته در آزمایشگاه) درون مغز موش‌های آزمایشگاهی شدند؛ مغز میزبان، خون و مواد مغذی لازم را برای زنده‌مانی و رشد چندین ماه ارگانوییدهای مغز انسان که به‌اندازه‌ی یک دانه عدس هستند، فراهم می‌کند. البته این پایان کار نبوده و دانشمندان در تلاشند تا از این روش برای درک توسعه‌ی مغز انسان و بررسی اینکه آیا این موجودیت‌های ریز روزی ممکن است به‌عنوان کیت‌های ترمیم مغز عمل کنند و مناطق آسیب‌دیده و رشد نیافته‌ی مغز را جایگزین کنند، استفاده کنند. استاهویاک دانشمند عصب‌شناسی دانشگاه ایالتی نیویورک که به‌منظور مطالعه‌ی بیماری اسکیزوفرنی این ارگانوییدهای مغزی را ایجاد کرده بود، گفت:

این یک پیشرفت تکنیکی مهم است؛ یک گام اولیه‌ی بزرگ در جهت استفاده از ارگانوییدها در پزشکی ترمیمی.

هنگامی که پژوهشگران موسسه‌ی سالک آزمایش‌های خود را به‌طور خلاصه در نشست سالیانه‌ی جامعه‌ی علوم اعصاب ارائه کردند، منتقدان حوزه‌ی اخلاق زیستی سوالاتی در ارتباط با اینکه مغزهای کاشته‌شده‌ی انسانی روی هوش، هشیاری، آگاهی و هویت این موجودات به‌عنوان موش چه تاثیری خواهد گذاشت، مطرح کردند.

در مقاله‌ی منتشر شده در Nature Biotechnology، جزئیات چگونگی موفقیت تلفیق ارگانوییدهای انسانی در مغز موش‌ها آورده شده‌است و به یکی از این نگرانی‌ها نیز پرداخته شده‌است: حداقل در آزمایش‌هایی که دانشمندان انجام داده‌اند، ظاهرا موش‌هایی که دارای ارگانویید مغز انسان بودند، متفاوت یا با هوش‌تر نبودند؛ آن‌ها همچون موش‌های آزمایشگاهی معمول بودند. نخستین ارگانوییدهای مغز انسان در سال ۲۰۱۳ از سلول‌های بنیادی تولید شد و دانشمندان از آن‌ها برای ایجاد ساختارهایی مثل ساختار مغز جنین و تولید ده‌ها نوع مختلف از سلول‌های مغز و نیز برای شبیه‌سازی ناهنجاری‌های عصبی نظیر سندرم تیموتی استفاده کردند.

پژوهشگران امیدوارند که این ارگانوییدها بهتر از حیوانات آزمایشگاهی یا سلول‌های رشدیافته در محیط کشت، چگونگی توسعه‌ی مغز انسانی را مشخص کنند؛ هم وقتی حالت طبیعی دارند و هم زمانی که از حالت طبیعی خارج می‌شوند و از این راه اهداف بالقوه درمانی یا ویرایش ژنومی شناسایی شوند. اساس روش این است که ابتدا سلول‌های بنیادی انسانی را گرفته و آن‌ها را با سلول‌های مغز متمایز می‌کنند. این سلول‌ها تبدیل به موجودیت‌های چند میلیمتری می‌شوند که ساختار، جمعیت‌های سلولی و حتی فعالیت الکتریکی آن‌ها مشابه با مغز کامل است.

رشد ارگانوییدها در دست‌های ما، حدودا پس از پنج هفته متوقف می‌شود و این بیشتر تابعی از اندازه است نه زمان. ما حتی برخی سلول‌های روی لبه‌ی ارگانوییدها را می‌بینیم که مرگشان در ده هفتگی آغاز شده و با گذشت زمان شدیدتر می‌شود.

این موضوع مانعی آشکار برای مطالعات طولانی‌مدت است؛ مثلا اگر هدف دنبال کردن توسعه‌ی مغز برای زمان‌های بیش از سه ماه باشد، چرا که در این مراحل این محصولات مغزی شروع به پژمرده شدن می‌کنند. کاشت ارگانوییدهای مغز انسان در مغز موش، مواد و شرایط مورد نیاز برای رشد و توسعه را در اختیار آن‌ها قرار می‌دهد.

ارگانویید مغز انسان (بخش درخشان) کاشته‌شده در قشر مغز موش

پژوهشگران موسسه‌ی سالک ارگانوییدهای مغز انسان را که در ظروف آزمایشگاهی برای ۳۱ تا ۵۰ روز رشد کرده بودند، برداشتند و وارد مغز موش‌هایی کردند که بخش کمی از بافت مغز آن‌ها برای ایجاد فضا برای پیوند ارگانویید‌ها برداشته شده‌ بود (۲۰۰ نمونه). از آن جایی که سلول‌های انسانی به‌منظور بیان پروتئین فلورسنت سبز، مهندسی ژنتیک‌شده بود، حباب‌های کوچک درخشان از دریچه‌ی شفافی که دانشمندان در جمجمه‌ی موش‌ها چسبانده بودند، نمایانگر بودند. در این ارگانوییدها، طی دو تا ۱۲ هفته نورون‌های اضافی پدید آمدند؛ از جمله آن‌هایی که در مناطق بسیار خاص قشر مغز انسان وجود دارند، سلول‌های گلیا شامل آستروسیت‌ها و سلول‌های بنیادی عصبی.

طی ۱۴ روز تقریبا در تمام ارگانوییدها شبکه‌ی غنی از رگ‌های خونی حمل‌کننده‌ی مواد مغذی و اکسیژن توسعه پیدا کرد و به آن توانستند تا ۲۳۳ روز زنده بمانند. ساختار و بلوغ سلول‌ها نظیر یک نوزاد تازه تولد یافته بود. ارگانوییدهای پیوندشده اکسون‌هایی (رابط‌های بیولوژیکی که سیگنال‌های مغز را از یک نورون به نورون دیگر منتقل می‌کنند) نیز به دو طرف مغز موش ارسال کردند (نه فقط در سمتی که دریچه وجود داشت) و چنان سیناپس‌های قوی با نورون‌های موش ایجاد کردند که فعالیت عصبی دو گونه‌، هماهنگ شده بود. عابد منصور نویسنده‌ی مقاله می‌گوید:

وقتی نورون‌ها با هم برانگیخته می‌شوند، به‌معنای آن است که آن‌ها با هم ارتباط برقرار کرده‌اند و شبکه‌های عصبی تشکیل داده‌اند.

با این حال هیچکدام از ترکیب‌های موش-انسان یادگیری بهتری نسبت به آنهایی که فقط دارای مغز موش بودند، نداشتند. دانشمندان موش‌ها را درون فضاهایی که در لبه‌های آن ۲۰ سوراخ تعبیه شده بود، قرار دادند و به‌آرامی آن‌ها را به منفذی که به یک تونل فرار می‌رسید، هدایت کردند (حفره‌های دیگر دارای انتهاهای بسته بودند) و سپس برای آزمون حافظه‌ی آنها، اجازه دادند تا دوباره خودشان این کار را انجام دهند. در روز نخست آزمایش، موش‌های دارای ارگانوییدهای مغز انسان اشتباهات کمتری انجام دادند و اغلب توانستند مسیر درست را تشخیص دهند اما در روز دوم این حالت از بین رفت. گیج گفت:

ما آزمایشات رفتاری را به صورت سطحی انجام دادیم. من فکر می‌کنم که هنوز زود باشد که پاسخ محکمی در مورد این سوال مهم ارائه کنیم. آزمون حفره‌ی فرار خیلی خاص است؛ در این نقطه من نمی‌توانم دیگر تاثیرات رفتاری را نادیده بگیرم.