تطوير نماذج ثلاثية الأبعاد للدماغ تجمع بين أنواع خلايا متعددة من عدة متبرعين

في إنجاز رائد، نجح الباحثون في تطوير نماذج ثلاثية الأبعاد للدماغ تجمع بين أنواع خلايا متعددة من عدة متبرعين. تحمل هذه الكائنات العضوية، والتي تسمى (Chimeroids)، أملًا كبيرًا في فهم سبب اختلاف استجابة الدماغ للأدوية من شخص لآخر. من خلال جمع الخلايا مما يصل إلى خمسة متبرعين، تقوم (Chimeroids) بإعادة تكوين التركيب الخلوي المعقد للدماغ، مما يفتح الأبواب أمام الطب الشخصي والعلاجات المخصصة. وتمثل الدراسة التي نشرت في مجلة (Nature)، بقيادة عالمة بيولوجيا الخلايا الجذعية باولا أرلوتا في جامعة هارفارد، علامة بارزة في مجال علم الأعصاب.

إن تطور Chimeroids هو نتيجة لأشهر من النمو والتخطيط الدقيق. وبعد شهر واحد، تتكون هذه العضويات الدماغية من خلايا من متبرعين بشريين متعددين ويبلغ عرضها ما يزيد قليلاً عن ملليمتر واحد. وبحلول ثلاثة أشهر، تنمو إلى حوالي 3-5 ملليمتر، لتقليد التركيب الخلوي للأنسجة القشرية الجنينية. لقد تغلب النهج المبتكر الذي اتبعه الباحثون على تحديات زراعة الأعضاء الدماغية، والتي تشتهر بأنها بطيئة النمو ويصعب التعامل معها.

كشف أسرار الدماغ

يتألف الدماغ البشري من مليارات الخلايا المترابطة التي تعمل في وئام للتحكم في أفكارنا وعواطفنا وأفعالنا. على مدى قرون، فُتن العلماء بآليات الدماغ المعقدة، ومع ذلك يظل واحدًا من أكثر الأعضاء غموضًا في جسم الإنسان. وكان الكشف عن أسراره تحديًا طويل الأمد، حيث يحاول الباحثون فك رموز العمل المعقد للخلايا العصبية، والخلايا الدبقية، وأنواع الخلايا الأخرى التي تكمن وراء الإدراك والسلوك البشري.

واحدة من أكبر العقبات في فهم الدماغ هو تعقيده الهائل. يحتوي الدماغ على أكثر من 86 مليار خلية عصبية، لكل منها ما متوسطه 7000 تشابك عصبي، مما يشكل 600 تريليون اتصال. يُعتقد أن هذه الروابط مسؤولة عن قدرتنا على التعلم والتذكر والتكيف مع بيئتنا. ومع ذلك، فإن التفاعل المعقد بين هذه الخلايا يجعل من الصعب فصل ودراسة المكونات الفردية بمعزل عن غيرها.

ولمعالجة هذا التعقيد، لجأ العلماء إلى أنظمة نموذجية تحاكي التركيب الخلوي للدماغ. أحد هذه الأساليب هو استخدام عضيات (organoids) الدماغ، وهي نماذج ثلاثية الأبعاد للدماغ من الخلايا الجذعية يتم زراعتها في طبق. لقد أحدثت هذه النماذج ثورة في فهمنا لتطور الدماغ ووظيفته، مما سمح للباحثين بدراسة الدماغ في بيئة بسيطة ومنضبطة.

تاريخ موجز لعضيات الدماغ

يعود مفهوم نمو خلايا الدماغ في طبق إلى ستينيات القرن الماضي، عندما تمكن العلماء لأول مرة من زراعة الخلايا العصبية في بيئة معملية. ومع ذلك، لم يبدأ الباحثون في استكشاف فكرة إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للدماغ إلا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، والمعروفة باسم عضيات الدماغ. كانت هذه “الأدمغة المصغرة” تتكون في البداية من خلايا من متبرع بشري واحد. ولكن مع تقدم التكنولوجيا، بدأ العلماء يتساءلون: ماذا لو تمكنا من دمج خلايا من متبرعين متعددين في نموذج واحد؟

لم تكن الرحلة من عضيات الدماغ ثنائية الأبعاد إلى ثلاثية الأبعاد خالية من التحديات. في الأيام الأولى، اقتصر العلماء على زراعة صفائح ثنائية الأبعاد من خلايا الدماغ، والتي كانت تفتقر إلى التعقيد والبنية التي يتمتع بها الدماغ الحقيقي. وجاء هذا الإنجاز عندما اكتشف الباحثون كيفية تحفيز الخلايا الجذعية لتشكيل هياكل ثلاثية الأبعاد، ومحاكاة الطبقات والطيات المعقدة للدماغ البشري. مهد هذا التطور الطريق لإنشاء عضيات دماغية يمكنها محاكاة التركيب الخلوي للدماغ.

العلم وراء عضيات الدماغ (Chimeroids)

لنقل أنك تصمم نموذج قرية مصغرة، حيث يكون كل منزل عبارة عن نوع فريد من الخلايا. والمجتمع بأكمله عبارة عن مزيج مثالي من خلايا الأشخاص المختلفين. هذا ما حققه العلماء باستخدام (Chimeroids)، وهو عضية دماغية ثلاثية الأبعاد تجمع خلايا من متبرعين بشريين متعددين. ويكمن سر هذا الإنجاز في فهم كيفية حث الخلايا الجذعية من متبرعين مختلفين على النمو بنفس الوتيرة، ثم دمجها في بنية واحدة متماسكة.

تبدأ العملية بصنع عضيات أحادية المتبرع، والتي يُسمح لها بالنضج حتى تصل الخلايا إلى معدلات نمو مماثلة. بعد ذلك، يقوم الباحثون بتجانس هذه الهياكل وتجميع الخلايا معًا، مما يؤدي إلى تصميم عضوي مركب عبارة عن مزيج من خلايا أشخاص مختلفين. وتتطلب هذه العملية الدقة والصبر، ولكن النتيجة عبارة عن “عالم صغير” من الخلايا تعكس مدى تعقيد الدماغ البشري.

كشف سر استجابات الدماغ الشخصية

إن النهج الحالي يتجاهل الاختلافات الجينية المعقدة بين الأفراد. إنه مثل افتراض أن كل شخص يرقص على نفس الإيقاع ويحب نفس الأغاني والموسيقى وهو افتراض خاطئ بالطبع. إن أدمغتنا متصلة بشكل فريد، مما يجعل من الضروري فهم كيفية استجابتها للأدوية المختلفة.

تم تصميم (Chimeroids) لمعالجة هذا القيد. من خلال الجمع بين الخلايا من متبرعين متعددين، يمكن لنماذج الدماغ ثلاثية الأبعاد هذه تمثيل التركيب الجيني المتنوع للسكان البشريين. وهو ما يسمح للباحثين باختبار كيفية تأثير الأدوية المختلفة على أفراد مختلفين، وتسليط الضوء على سبب استجابة بعض الأشخاص بشكل أفضل لأدوية معينة أكثر من غيرهم.

في هذه الدراسة، عالج الفريق العضيات متعددة المتبرعين بأدوية سامة للأعصاب. ولاحظوا ردود فعل مميزة من الخلايا الناشئة من متبرعين مختلفين. على سبيل المثال، خفض الإيثانول عدد الخلايا من خط خلية متبرع واحد. بينما زاد حمض الفالبرويك من نمو الخلايا من نفس المتبرع. توضح هذه النتائج قدرة (Chimeroids) على كشف أسرار استجابات الدماغ الشخصية.

• ما هو سبب مرحلة الشيخوخة ؟ ولماذا تختلف من شخص لآخر ؟
• هل الديجافو لغز قابل للتفسير ؟!
• الطباعة ثلاثية الأبعاد، نماءٌ وازدهار أم خراب ودمار؟
• ماهي الحبسة الكلامية؟
• ما هي أهمية النمذجة ثلاثية الأبعاد في علم الآثار؟

مستقبل الطب

باستخدام (Chimeroids)، يمكن للباحثين اختبار تأثيرات العلاجات الجديدة على المستوى الشخصي، حتى قبل إجراء تجارب سريرية على البشر. وهذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من خطر حدوث ردود فعل سلبية ويضمن حصول المرضى على العلاج الأكثر فعالية لحالتهم المحددة.

إن الآثار المحتملة لهذه التكنولوجيا مذهلة. تخيل أنك قادر على تحديد المرضى المرجح أن يستجيبوا بشكل جيد لدواء معين، والذين قد يحتاجون إلى علاجات بديلة. تخيل أنك قادر على تطوير خطط علاجية شخصية تأخذ في الاعتبار التركيب الجيني الفريد لدماغ كل فرد.

في حين أنه لا تزال هناك تحديات يجب التغلب عليها، فإن تطوير Chimeroids يمثل إنجازًا كبيرًا في مجال الطب الشخصي. ومع استمرار الباحثين في تحسين هذه التكنولوجيا وتحسينها، يمكننا أن نتوقع رؤية مستقبل يتم فيه تصميم العلاج الطبي خصيصًا للفرد، بدلاً من الاعتماد على نهج واحد يناسب الجميع.

المصدر:

These 3D model brains with cells from several people are first of their kind / nature