خلايا المخ تتطور بشكل أسرع في الفضاء وتظل بحالة جيدة!

من المعروف أن الجاذبية الصغرى تغير العضلات والعظام وجهاز المناعة والإدراك، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن تأثيرها المحدد على الدماغ. ولاكتشاف كيفية استجابة خلايا الدماغ للجاذبية الصغرى، أرسل علماء كتلًا صغيرة من خلايا الدماغ المشتقة من الخلايا الجذعية تسمى “العضيات” (organoids) إلى محطة الفضاء الدولية (ISS). حيث أمضوا شهرًا في المدار، ومن المثير للدهشة أنها كانت لا تزال بصحة جيدة عندما عادت إلى الأرض. كما وجدوا أن خلايا المخ تتطور بسرعة في الفضاء.

الجاذبية الصغرى

الجاذبية الصغرى أو انعدام الوزن هي حالة تبدو فيها الأجسام وكأنها عديمة الوزن بسبب قوة جاذبية فعالة تقترب من الصفر. يحدث هذا عندما تكون الأجسام في حالة سقوط حر، مثل المركبة الفضائية التي تدور حول الأرض.

وفي حالة الجاذبية الصغرى، تطفو الأجسام لأنها تسقط باستمرار نحو الأرض، ولكنها تتمتع أيضًا بسرعة أفقية كافية لتجنب سطح الكوكب. وهذا يخلق حالة من السقوط الحر الدائم، مما يؤدي إلى الشعور بانعدام الوزن.

الابتكار من أجل إرسال العضيات

على الأرض، استخدم الفريق الخلايا الجذعية لإنشاء عضيات تتكون من الخلايا العصبية القشرية أو الدوبامينية، وهي الخلايا العصبية المتأثرة بالتصلب المتعدد ومرض باركنسون. كما تضمنت بعض العضيات أيضًا الخلايا الدبقية الصغيرة، وهي نوع من الخلايا المناعية الموجودة داخل الدماغ، لفحص تأثير الجاذبية الصغرى على الالتهاب.

وتُزرع العضيات عادةً في وسط سائل غني بالمغذيات يجب تغييره بانتظام لضمان حصول الخلايا على التغذية الكافية، وإزالة الفضلات. ولتجنب الحاجة إلى العمل المخبري على متن محطة الفضاء الدولية، ابتكر الفريق طريقة لزراعة عضيات أصغر من المعتاد في قوارير مبردة، وهي قوارير صغيرة محكمة الغلق صُممت في الأصل للتجميد العميق.

خلايا المخ تتطور بسرعة في الفضاء

ولفحص كيفية تأثير بيئة الفضاء على الوظائف الخلوية، قارن الفريق أنماط التعبير عن الحمض النووي الريبوزي للخلايا، وهو مقياس لنشاط الجينات، بعضيات متطابقة بقيت على الأرض. ومن المثير للدهشة أنهم وجدوا أن العضيات التي نمت في ظل انعدام الجاذبية كانت لديها مستويات أعلى من الجينات المرتبطة بالنمو ومستويات أقل من الجينات المرتبطة بالتكاثر مقارنة بالعضيات الأرضية، مما يعني أن الخلايا المعرضة للجاذبية الصغرى تطورت بشكل أسرع وتكاثرت بشكل أقل من تلك الموجودة على الأرض.

لقد اكتشف العلماء أن نمط التعبير الجيني في كلا النوعين من العضيات كان مميزًا لمرحلة أكبر من التطور مقارنة بتلك التي كانت على الأرض. وفي الجاذبية الصغرى، تطورت بشكل أسرع، لكن من المهم حقًا معرفة أن هذه ليست خلايا عصبية بالغة، لذلك لا يخبرنا هذا بأي شيء عن الشيخوخة.

وأشار الفريق أيضًا إلى أنه على عكس فرضيتهم، كان هناك التهاب أقل وتعبير أقل عن الجينات المرتبطة بالتوتر في العضيات المزروعة في الجاذبية الصغرى، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد السبب.

ظروف تشبه الدماغ

يعتقد العلماء أن ظروف الجاذبية الصغرى قد تعكس بشكل أوثق الظروف التي تعيشها الخلايا داخل الدماغ مقارنة بالعضيات المزروعة في ظل ظروف المختبر التقليدية وفي وجود الجاذبية الصغرى.

من المحتمل أن تكون خصائص الجاذبية الصغرى تشبه أدمغة البشر، لأن الحمل (convection) لا يحدث في انعدام الجاذبية، أو بعبارة أخرى، لا تتحرك الأشياء. ويعتقد العلماء أن هذه الأعضاء في الفضاء تشبه الدماغ إلى حد كبير لأنها لا ننعرض لتدفق السوائل أو تختلط بشكل طبيعي أو تتعرض للأكسجين. إنها مستقلة تمامًا؛ فهي تشكل شيئًا يشبه الدماغ الصغير، أو عالمًا مصغرًا للدماغ.

• النموذج المعياري النظرية التي تحكم بنية الذرة
• اكتشاف أول حشرة آكلة للبلاستيك ذات أصول أفريقية في كينيا!
• هل سيعتبر العلم الحديث الفيروسات كائنات حية؟
• مقدمة مختصرة عن الكيمياء الحيوية والسكريات
• نظرية الأوتار الفائقة نظرية تفسر كل شيء!

مستقبل أبحاث الفضاء

إن فهم كيفية تسريع الجاذبية الصغرى لنضج خلايا الدماغ يمكن أن يؤدي إلى تطوير علاجات جديدة تعزز النمو الصحي للدماغ. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاكتشاف المفاجئ بأن الجاذبية الصغرى تقلل الالتهاب في خلايا الدماغ يمكن أن يوفر رؤى حيوية حول كيفية مكافحة الالتهاب العصبي، وهو السمة المميزة للعديد من الأمراض التنكسية العصبية.

التطبيقات المحتملة لهذا البحث واسعة ومثيرة. ومن خلال تسخير قوة الجاذبية الصغرى، قد يتمكن العلماء من ابتكار علاجات جديدة تبطئ أو حتى تعكس تطور الأمراض التنكسية العصبية. وهذا قد يعني نوعية حياة أفضل لملايين الأشخاص المصابين بهذه الأمراض في جميع أنحاء العالم.

المصادر

Brain cells mature faster in space but stay healthy: ISS study | phys.org

Effects of microgravity on human iPSC-derived neural organoids on the International Space Station | stem cells transational medicine