يمكن للخلايا البشرية في دماغ الجرذ أن تلقي الضوء على مرض التوحد واضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه

 

يُظهر هذا المقطع العرضي لدماغ الفئران أنسجة من دماغ بشري تتألق باللون الأخضر الفاتح. يقول العلماء إن هذه المجموعات المزروعة من الخلايا العصبية البشرية يمكن أن تساعد في دراسة اضطرابات الدماغ. (مختبر باسكا / ستانفورد للطب)

أظهر العلماء طريقة جديدة لدراسة حالات مثل اضطراب طيف التوحد واضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه وانفصام الشخصية.

 يتضمن هذا النهج زرع مجموعة من خلايا الدماغ البشرية الحية من طبق في المختبر إلى دماغ جرذ حديث الولادة ، حسبما أفاد فريق من جامعة ستانفورد في دورية Nature.

 ثم تستمر الكتلة ، المعروفة باسم عضوي الدماغ ، في التطور بطرق تحاكي دماغ الإنسان وقد تسمح للعلماء برؤية الخطأ الذي يحدث في مجموعة من الاضطرابات العصبية والنفسية.

 "إنها بالتأكيد خطوة إلى الأمام" ، كما تقول باولا أرلوتا ، باحثة بارزة في مجال أورغانويد الدماغ في جامعة هارفارد لم تشارك في الدراسة.  "الهدف النهائي من هذا العمل هو البدء في فهم سمات الأمراض المعقدة مثل الفصام واضطراب طيف التوحد والاضطراب ثنائي القطب."

لكن من المرجح أن يجعل هذا التقدم بعض الناس غير مرتاحين ، كما تقول عالمة الأخلاق الحيوية إنسو هيون ، مديرة علوم الحياة في متحف العلوم في بوسطن والتابعة لمركز كلية الطب بجامعة هارفارد للأخلاقيات الحيوية.

 يقول هيون: "هناك ميل للناس لافتراض أنه عندما تنقل المواد الحيوية من نوع إلى آخر ، فإنك تنقل جوهر ذلك الحيوان إلى الآخر" ، مضيفًا أنه حتى أكثر عضيات الدماغ تقدمًا لا تزال نسخًا بدائية جدًا من  دماغ بشري.

 إزالة عقبة علمية

 يبدو أن النجاح في زرع أشباه عضويات دماغ الإنسان في حيوان حي يزيل عائقًا رئيسيًا أمام استخدامها كنماذج للأمراض البشرية.  كما يمثل تتويجا لسبع سنوات من العمل أشرف عليها الدكتور سيرجيو باسكا ، أستاذ الطب النفسي والعلوم السلوكية في جامعة ستانفورد.

 تتكون عضيات الدماغ البشري من خلايا جذعية متعددة القدرات ، والتي يمكن إقناعها لتصبح أنواعًا مختلفة من خلايا الدماغ.  تُزرع هذه الخلايا في حاوية دوارة تُعرف باسم مفاعل حيوي ، والتي تسمح للخلايا بتشكيل كرات شبيهة بالدماغ بشكل تلقائي بحجم حبة البازلاء الصغيرة.

لكن بعد بضعة أشهر ، توقفت العضيات المزروعة في المختبر عن التطور ، كما يقول باسكا ، الذي ابتكر مختبره في ستانفورد تقنية الزرع.  ويضيف أن الخلايا العصبية الفردية في الكتلة تظل صغيرة نسبيًا ، ولا تربطها سوى القليل نسبيًا.

 يقول باسكا: "بغض النظر عن المدة التي نحتفظ بها في طبق ، فإنها لا تزال غير معقدة مثل الخلايا العصبية البشرية في دماغ بشري حقيقي".  قد يكون هذا أحد الأسباب وراء عدم الكشف عن الكثير من الكائنات العضوية حتى الآن عن أصول الاضطرابات العصبية والنفسية المعقدة ، كما يقول.

 لذلك شرع فريق باسكا في إيجاد بيئة للعضويات تسمح لها بمواصلة النمو والنضوج.  وجدوا واحدة في أدمغة الفئران حديثي الولادة.

 يقول باسكا: "اكتشفنا أن [العضوي] ينمو ، على مدى بضعة أشهر ، حوالي تسع مرات في الحجم".  "في النهاية ، يغطي ما يقرب من ثلث نصف الكرة الأرضية للفئران."

 لا يبدو أن الخلايا المزروعة تسبب مشاكل للفئران ، التي تتصرف بشكل طبيعي أثناء نموها ، كما يقول باسكا.

 يقول: "يتم دفع أنسجة الفئران جانبًا".  "ولكن الآن لديك أيضًا مجموعة من الخلايا البشرية التي تندمج في الدائرة."

 تبدأ الخلايا البشرية في إجراء اتصالات مع خلايا الفئران.  في غضون ذلك ، تبدأ الأوعية الدموية للفئران في إمداد الخلايا البشرية بالأكسجين والمواد المغذية.

ارتباط بالحواس

 وضع فريق باسكا كل عضوي في منطقة من دماغ الفئران تعالج المعلومات الحسية.  بعد بضعة أشهر ، أجرى الفريق تجربة أشارت إلى أن الخلايا البشرية تتفاعل مع أي شيء يستشعره الجرذ.

 يقول باسكا: "عندما تحفز شعيرات الجرذ ، فإن غالبية الخلايا العصبية البشرية تنخرط في نشاط كهربائي يتبع ذلك التحفيز".

 تشير تجربة أخرى إلى أن الخلايا البشرية يمكن أن تؤثر حتى على سلوك الجرذ.

 قام الفريق بتدريب الفئران على ربط تحفيز خلاياهم البشرية بمكافأة - شرب الماء.  في النهاية ، بدأت الفئران في البحث عن الماء كلما تم تحفيز الخلايا البشرية.

 في تجربة أخيرة ، شرع فريق باسكا في إظهار كيف يمكن أن تساعد العضيات المزروعة في تحديد التغيرات الدماغية المرتبطة باضطراب بشري معين.  اختاروا متلازمة تيموثي ، وهو اضطراب وراثي نادر جدًا يؤثر على نمو الدماغ بطرق يمكن أن تسبب أعراض اضطراب طيف التوحد.

قارن الفريق العضيات المصنوعة من الخلايا الجذعية لأشخاص أصحاء مع عضيات مصنوعة من الخلايا الجذعية للمرضى المصابين بالمتلازمة.  في المختبر ، بدت مجموعات الخلايا متشابهة.

 يقول باسكا: "ولكن بمجرد إجراء عملية الزرع وفحصنا بعد 250 يومًا ، اكتشفنا أنه بينما نمت خلايا التحكم بشكل كبير ، فشلت خلايا المريض في القيام بذلك".

 نموذج أفضل مع اهتمامات أخلاقية

 تقول أرلوتا إن التجارب تظهر أن فريق باسكا قد طور نموذجًا أفضل لدراسة اضطرابات الدماغ البشري.

 يبدو أن المفتاح هو تزويد العضيات المزروعة بالمعلومات الحسية التي لا تنمو في طبق ، كما تقول ، مشيرة إلى أن دماغ الرضيع يحتاج إلى هذا النوع من التحفيز لينمو بشكل طبيعي.

تقول: "إنها الأشياء التي نحصل عليها بعد أن نولد ، خاصة عندما نبدأ في اختبار العالم وسماع الصوت ، ورؤية الضوء ، وما إلى ذلك."

 يقول أرلوتا إنه عندما تصبح عضيات الدماغ أشبه بأدمغة بشرية فعلية ، سيتعين على العلماء النظر في الآثار الأخلاقية والمجتمعية لهذا البحث.

 "نحن بحاجة إلى أن نكون قادرين على مشاهدته ، والنظر فيه ، ومناقشته ، ووقفه إذا اعتقدنا يومًا ما أننا في مرحلة لا ينبغي لنا أن نتقدم فيها" ، كما تقول.  "أعتقد أننا بعيدون جدا عن تلك النقطة الآن".

 يقول هيون ، الذي نشر محادثة فيديو أجراها مع باسكا بالتزامن مع نشر الدراسة الجديدة ، حتى أكثر عضيات الدماغ تقدمًا ليس لديها أي شيء حتى عن بعد مثل قدرات الدماغ البشري.

 ومع ذلك ، فقد ركزت العديد من المناقشات الأخلاقية على إمكانية أن يصل العضوي إلى وعي مشابه للإنسان.

يقول هيون: "أعتقد أن هذا خطأ".  "نحن لا نعرف بالضبط ما نعنيه بـ" الوعي الشبيه بالبشر "، والمسألة الأقرب ، والأهم ، هي رفاهية الحيوانات المستخدمة في البحث."

 يقول إن هذه لم تكن مشكلة في تجارب مختبر باسكا لأن العضيات لا يبدو أنها تؤذي الحيوانات أو تغير سلوكها.

 يقول هيون إنه إذا نمت عضيات الدماغ البشري في أدمغة حيوانية أكبر وأكثر تعقيدًا ، فقد تتطور مجموعات الخلايا بطرق تتسبب في معاناة الحيوانات.

 يقول: "ما يقلقني هو الخطوة التالية".