مغز چگونه شکل میگیرد؟
به نقل از خبرگزاری خبرآنلاین، تحقیقی جدید که در نشریه Nature Neuroscience به چاپ رسیده، به چالش کشیدن نگاه سنتی دانشمندان نسبت به فرآیند شکلگیری مغز را نشان میدهد. محققان شواهدی را کشف کردهاند که برخلاف باورهای پیشین، مغز ممکن است از یک نوع سلول پیشساز واحد نشأت نگیرد؛ بلکه دستکم از دو نوع متفاوت سلولهای پیشساز برای ساخت بخشهای مختلف این ارگان پیچیده بهره میبرد. این یافته، همچنین به شیوهای نوین برای تولید نورونهای مرتبط با بخش پشتی مغز در آزمایشگاه منتهی شده است؛ روشی که میتواند به تحقیقات مربوط به بیماریهایی نظیر ALS و آتروفی عضلانی نخاعی کمک کند.
در این مقاله میخوانید:
- چگونگی تشکیل مغز و تأثیر این یافته جدید بر تئوریهای پیشین
- کشف دو نوع متفاوت از سلولهای پیشساز برای ایجاد بخشهای مختلف مغز
- چرا مغز پسین از مسیری متفاوت نسبت به مغز پیشین و میانی شکل میگیرد؟
- پروسه آزمایش بر روی جنین موش و سلولهای بنیادی انسانی چگونه صورت گرفت؟
- این الگوی دوگانه در کدام گونههای جانوری دیگر مشاهده میشود؟
- آیا سلولهای اولیه مغز واقعاً سرنوشت از پیش تعیین شده دارند؟
- اهمیت تولید نورونهای مغز پسین در محیط آزمایشگاه چیست؟
- چه پیوندی بین کشف جدید و تحقیقات بیماریهای ALS و SMA وجود دارد؟
سلولهای پیشساز مغز چگونه برای آینده خود تصمیم میگیرند؟
از دههها پیش، این نظریه مطرح بوده که یک نوع سلول پیشساز میتواند به تنهایی تمامی بخشهای مغز را شکل دهد. اما یافتههای اخیر این تصور را به چالش میکشد و نشان میدهد که این تصویر ممکن است بسیار ساده باشد. پژوهشگران دریافتند که یک گروه خاص از سلولهای پیشساز به طور ویژه به سمت تشکیل مغز پسین یا Hindbrain حرکت میکنند؛ بخشی از مغز که در کنترل برخی از عملکردهای حیاتی مانند تنفس و ضربان قلب نقش حیاتی ایفا میکند.
به طور مقابل، یک گروه دیگر از سلولهای پیشساز، مسیر دیگری را دنبال کرده و در شکلگیری مغز پیشین و مغز میانی مشارکت دارند. مغز پیشین نیز در فعالیتهای پیچیده تری نظیر برنامهریزی، استدلال و دیگر تواناییهای شناختی دخیل است. کایل لوه، زیستشناس تکاملی از دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان این تحقیق، بیان میکند که مغز به عنوان یک ارگان واحد شناخته میشود، اما ممکن است از دو بخش متفاوت تشکیل شده باشد که در کنار یکدیگر به فعالیت میپردازند.
آزمایشها بر روی سلولهای بنیادی انسانی چه نکاتی درباره رشد مغز روشن کردهاند؟
به منظور بررسی منشاء این سلولها، تیم پژوهشی ابتدا جنین موش را در مراحل اولیه رشد مورد مطالعه قرار داد. دانشمندان با استفاده از رنگآمیزی بافتی و توالییابی RNA موفق به شناسایی دو گروه متمایز از سلولهای پیشساز مغز شدند. در آزمایش دیگر، پژوهشگران سلولهای پیشساز مربوط به قسمت پشتی مغز را به کمک نشانگرهای فلورسنت مشخص کردند تا بتوانند سرنوشت آنان را در مراحل بعدی رشد پیگیری کنند. نتایج نشان داد که سلولهای علامتگذاری شده عمدتاً در قسمت پشتی مغز باقی مانده و به بخشهای جلویی مغز منتقل نمیشوند.
سپس، محققان آزمایش مشابهی را با سلولهای بنیادی پرتوان انسانی که قابلیت تغییر به انواع مختلف سلولهای بدن را دارند، انجام دادند. آنها این سلولها را به دو نوع سلول پیشساز مغزی تبدیل کردند و به کمک سیگنالهای شیمیایی سعی کردند مسیر رشد آنها را دستخوش تغییر کنند. یکی از انواع سلولها به آسانی به مسیر شکلگیری مغز پیشین و میانی ورود پیدا کرد، اما زمانی که سیگنالهای لازم برای تبدیل به مغز پسین به آن داده شد، نتوانست به این مسیر ملحق شود. این یافته نشان میدهد که سرنوشت برخی از سلولهای پیشساز ممکن است از مراحل اولیه رشد تا حد زیادی تعیین شده باشد.
آیا سلولهای اولیه مغز از همان ابتدا سرنوشت دقیقی دارند؟
برای بررسی قدمت این مکانیزم، محققان به مطالعه آن در گونههای مختلف جانوری، از میمون و مرغ تا ماهی گورخری پرداختهاند. آنها موفق به شناسایی دو نوع سلول پیشساز با ویژگیهای مشابه در تمامی این گونهها شدهاند.
حتی در کرم بلوط دریایی نیز نشانههایی از این الگو مشاهده شده است؛ جانوری که مسیر تکاملیاش بیش از ۵۰۰ میلیون سال پیش از تکامل انسان جدا شده است.
این موضوع از دیدگاه پژوهشگران از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا میتواند بیانگر این باشد که تقسیم سلولهای اولیه مغز به دو مسیر، از سازوکارهای بسیار قدیمی در تاریخ تکامل جانوران به شمار میرود. با این حال، تمامی دانشمندان با ایده «دو سرمنشأ کاملاً مجزا» همنظر نیستند. برخی پژوهشگران بر این باورند که ممکن است یک سلول پیشسازی وجود داشته باشد که ابتدا در مراحل اولیه شکلگیری به وجود آمده و سپس به دو گروه موجود تبدیل شود.
بنابراین، این کشف شواهد قابل توجهی درباره وجود دو مسیر متفاوت ارائه میدهد، اما هنوز نمیتوان با اطمینان گفت که این دو جمعیت سلولی از ابتدای کار به صورت کاملاً مستقل از یکدیگر فعالیت کردهاند.
کشف جدید چه کمکی به درمان بیماریهای عصبی مینماید؟
یکی از مهمترین نتایج عملی این تحقیق، دستیابی به روشی کارآمدتر برای تولید سلولهای عصبی مغز پسین در محیط آزمایشگاه است. تعدادی از نورونهای موجود در مغز پسین در بیماریهای عصبی نظیر ALS یا بیماری نورون حرکتی و همچنین آتروفی عضلانی نخاعی (SMA) آسیب میبیند یا از بین میرود. تا به امروز، تولید این نورونها در آزمایشگاه کار دشواری بوده و همین مسئله بررسی مستقیم بیماری و آزمایش روشهای درمانی را محدود کرده است.
محققان با درک بهتر مسیر اولیه رشد مغز، موفق به شناسایی مولکولهای پیامرسانی گشتند که برای هدایت سلولهای بنیادی لازم است. آنها توانستند تعداد زیادی نورون انسانی مرتبط با مغز پسین را در آزمایشگاه تولید نمایند. این سلولها میتوانند در آینده به عنوان مدلی برای مطالعه بیماریهای عصبی و آزمون داروهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند. تیم پژوهشی انتظار دارد که از این روش برای جستجوی درمانهای احتمالی برای SMA بهره ببرد.
آیا این کشف یک تعریف جدید از ساختار مغز ارائه میدهد؟
یافتههای اخیر به این معنا نیست که دانشمندان اکنون پاسخ نهایی به سوالات درباره منشأ مغز را یافتهاند. پژوهش همچنان درباره چگونگی تعیین سرنوشت سلولهای اولیه و امکان تغییر این سرنوشت در مراحل بسیار ابتدایی رشد، سوالاتی را ایجاد میکند. با این حال، این نتایج نشان میدهد که شکلگیری مغز احتمالاً فرآیندی پیچیدهتر از آن چیزی است که مدلهای پیشین تصور میکردند؛ پروسهای که در آن دستکم دو مسیر سلولی متمایز میتوانند در ساخت بخشهای مختلف این اندام دخیل باشند.
علاوه بر این، اهمیت دیگر این تحقیق فراتر از شناخت تاریخچه رشد مغز است. توانایی تولید نورونهای خاص مغز در آزمایشگاه میتواند ابزار ارزشمندی برای بررسی بیماریهای عصبی و توسعه درمانهای آینده به شمار آید.
۲۲۷۲۲۷