التخطي إلى المحتوى

من التوحد والفصام إلى مرض الزهايمر … فتح أسرار الدماغ، يمكن أن تكون العقول الصغيرة المزروعة في المختبر هي المفتاح لحل أكبر الألغاز حول التنمية البشرية والأمراض.

فتح أسرار الدماغ

قد تبدو أكوام من الأطباق البلاستيكية الصغيرة في حاضنة مختبرية، كل منها يحمل كتلة عائمة خالية من دماغ الإنسان مثل الخيال العلمي, لكن هذه ليست رحلة مستقبلية للخيال, فهذه المخلوقات الغريبة والمعروفة بإسم الكائنات العضوية في المخ, يتم زراعتها بالفعل في المختبرات في جميع أنحاء العالم, ويعتقد الباحثون أنهم قادرون على فتح بعض من أعمق أسرار كيف تنمو أدمغتنا وما يحدث عندما يخطئون.

وتقول عالمة البيولوجيا العصبية في مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج مادلين لانكستر: “لا أعتقد أن أيًا منا بدأ في محاولة لتنمية دماغه في طبق, فإذا كنت قد طلبت مني حتى قبل بضعة أشهر فقط من بدء العمل على ذلك لكنت قد قلت إن الأمر كان بسيطًا ولكن في حالتي هذه كان ذلك حادثًا”.

فتح أسرار الدماغ: في المقدمة

بدأت تجارب لانكستر العرضية مع المواد العضوية عندما كانت باحثة الدكتوراة تعمل في فيينا مع عالم الأحياء الجزيئي “يورغن نوبليتش”, حيث تبحث كيف يتشكل الدماغ أثناء تطوره في الرحم, ثم بدأت بتنمية خلايا جذعية في الدماغ في طبقات مسطحة, ولكنها سرعان ما أدركت أنها تفتقر إلى العديد من الخصائص الرئيسية للخلايا العصبية في الدماغ الحقيقي, وجربت تقنية جديدة لزراعة “الورديات” العصبية على شكل دوائر مستوية تشبه الزهرة من خلايا كانت أكثر واقعية رغم أنها لا تزال ثنائية الأبعاد.

وتقول: “عندما وضعت الخلايا في طبق الثقافة كان هناك خطأ في الكواشف التي كنت أستخدمها بدلاً من تشكيل هذه الورديات المسطحة اللطيفة، كما اعتقدت وتبين لي بأن الكرات العائمة الغريبة قد تبدو مثيرة للاهتمام, لذلك واصلت نموها”.

تحدثت إلى باحثين آخرين في هذا المجال اكتشفت أن بعضهم شاهدوا أيضًا هذه النقط الغريبة لكنهم ألقوا بها لأنهم بدوا مخطئين, لكن في حين أن كرات الدماغ هذه تبدو غريبة من الخارج فإن ما وجدته لانكستر في الداخل كان رائعًا, صُنع كل منها من طبقات منتفخة من الخلايا متصلة بواسطة التجاويف, وهو تمامًا مثل البطينين المملوءين بالسوائل والتي تربط نصفي الكرة المخية في الدماغ الحقيقي, حتى طبقات الخلايا تحاكي الترتيب في أنسجة المخ الطبيعية, حيث تبطن الخلايا الجذعية البطينين وطبقاتها على طبقات من الخلايا والخلايا العصبية الأكثر تخصصًا والتي تم بناؤها باتجاه الخارج.

بناء الدماغ

على الرغم من لقب “الدماغ المصغر” فإن هذه الكائنات العضوية لا تزال بعيدة عن كونها أعضاء بشرية كاملة الحجم يبلغ قطرها حوالي نصف سنتيمتر, أي تقريبًا شكل وحجم الممحاة الموجودة في نهاية القلم الرصاص, ويفتقران إلى الهياكل الرئيسية مثل الأوعية الدموية, مما يحد من حجم نموهما, كما أن المواد العضوية شديدة التحمل طالما أنها نمت في بيئة نظيفة بدقة ويمكن أن تظل حية لأكثر من عام.

تمكنها أدمغة لانكستر الصغيرة من الفوز “الصندوق الأسود” لتطور دماغ الإنسان, وذلك نظرًا لأنها تعكس أنواع الخلايا وتنظيم الدماغ البشري المتنامي وتفتح الكائنات العضوية نافذة أمام وقت الحياة الذي لم يكن الوصول إلى العلم ممكنًا في السابق.

كانت مادلين لانكستر عالمة البيولوجيا العصبية الأولى في كامبريدج

لقد أجرى الناس مسحًا بالرنين المغناطيسي على الأطفال لمعرفة كيف يتغير سلك الدماغ، ولكن عندما يتعلق الأمر بتلك الأحداث المبكرة وكيفية تكوين الخلايا العصبية وعددها وما هي أنواعها وأين فقد لا يكون بإمكاننا الإجابة عليها, لا يهم كيف لدينا آلة التصوير بالرنين المغناطيسي, لكنني أعتقد أن ما يحدث في هذه الأطباق يعكس ما يحدث في الجنين فعلي, ونحن نعلم ذلك لأن المنتج النهائي يشبه إلى حد كبير دماغًا حقيقيًا, لذلك لدينا نظام يمكن تتبعه للبدء في طرح بعض هذه الأسئلة الأساسية حول نمو الدماغ.

تستخدم لانكستر أيضًا أدمغتها الصغيرة للإجابة على سؤال أعمق وهو: “ما الذي يجعل دماغ الإنسان بشريًا؟”, إننا نشارك أكثر من 95 في المائة من الحمض النووي الخاص بنا مع أقرب أقربائنا الرئيسيين مثل الشمبانزي، لكن أدمغتنا أكبر بكثير ومختلفة بلا شك مقارنة بالمواد العضوية في الدماغ التي تزرع من الخلايا الجذعية للشمبانزي مع تلك الموجودة لدى البشر، وتراقب هي وفريقها كيف تنشأ هذه الاختلافات من المراحل المبكرة من التطور, حتى أن هناك إمكانية لإستخدام تقنيات جديدة للهندسة الوراثية للتبديل بين الجينات البشرية والشمبانزي في أدمغة صغيرة, وهو أمر يستحيل القيام به في الحيوانات الحية لتحديد المسارات الجزيئية الدقيقة التي تجعل الدماغ البشري مميزًا للغاية.

فتح أسرار الدماغ (ضمن بناء الدماغ)

فتح أسرار الدماغ

يثير المظهر الشبيه بالمخ لهذه المواد العضوية أسئلة أخلاقية وعلمية “فهل يمكنهم التفكير, وهل هم واعيون؟”, وفقا لـِ لانكستر الجواب هو لا.

وتقول لانكستر: “أعتقد أن أورام المخ تشبه إلى حد ما, كما تحتوي الأورام على العديد من الخلايا العصبية من أدمغتنا المصغرة في الطبق, ولكن لا أحد يشعر بالقلق من أن ورم دماغهم يفكر أو لديه وعيه, وليس هناك من يحزن أنه تم استئصاله ورميه, وهذا كل ما لدينا هنا, إنها ليست شبكة منظمة ولا يمكنها إنشاء دائرة تفكير وظيفية, بل إنها كرة من أنسجة المخ وفقط لأن لديك خلايا عصبية لا يعني أنها تستطيع التفكير”.

بناء الدماغ

واليوم تقوم هي وفريقها بتطوير أدمغة صغيرة من خطوط الخلايا الجذعية الجنينية البشرية, أي الخلايا متعددة الأغراض الموجودة أصلاً في الأجنة البشرية المبكرة جدًا ولكنها تزرع الآن في المختبر, كما تستخدم أيضًا ما يسمى بالخلايا الجذعية المحفزة المستحثة (IPS), وهي الخلايا البالغة التي تم دفعها إلى الحالة الجنينية مع مجموعة من الجزيئات التي اكتشفها العالم الياباني الحائز على جائزة نوبل شينيا ياماناكا, إعتمادًا على الظروف الدقيقة المستخدمة, كما يمكن أن تقوم لانكستر بدفع عضوياتها لتطوير جميع أنواع الخلايا بدءًا من الضفيرة المشيمية الرقيقة (والتي من شأنها أن تتصل بالأوعية الدموية في الدماغ الحقيقي), إلى الخلايا الحساسة للضوء المصطبغة والتي توجد عادة في شبكية العين في الجزء الخلفي من العين.

وتقول: “هناك الكثير من أنواع الخلايا التي يجب البحث عنها، ولكن إعتمادًا على الطريقة التي نستخدمها, وفي كل مرة نبحث عن شيء نعرف أنه يجب أن يكون هناك نجده”.

وضع الأسلاك

لا تسمح العقول الصغيرة للباحثين فقط بدراسة العمليات التطورية الطبيعية. سيرجيو باسكا ، أستاذ مساعد في الطب النفسي والعلوم السلوكية في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا ، يستخدمهم لفهم الخطأ الذي يحدث في مرض التوحد وانفصام الشخصية والصرع وغيره من الاضطرابات العصبية والنفسية.

“لقد تم اكتشاف معظم الأدوية النفسية التي لدينا اليوم بالصدفة, ولا نعرف إلا القليل عن أصول هذه الاضطرابات والسؤال هو لماذا؟” على عكس علماء البيولوجيا السرطانية الذين يمكنهم إخراج الورم ووضعوه في طبق وإيجاد طرق لعلاجه، لا يمكننا فعل ذلك مع أدمغة مرضانا الذين يعانون من الإضطرابات عقلية.”

لقد نجح باسكا وفريقه في تطوير أدمغة صغيرة لأكثر من عامين, وهو رقم قياسي مذهل يصل إلى 800 يوم, وأظهر أنهم قادرون على توليد معظم أنواع الخلايا والهياكل نفسها الموجودة في أدمغة بشرية حقيقية, إنهم يستخدمون هذه التقنية للتحقيق في جذور التوحد الحاد ومتلازمات الصرع عن طريق توليد سائل عضوي بخلايا IPS المستمدة من عينات الجلد للأطفال المتأثرين ثم مقارنتها بعناية بالثقافات التي تزرعها الخلايا السليمة.

خلاياالدماغ

فتح أسرار الدماغ (ضمن وضع الأسلاك)

يمكننا استخدام الأقطاب الكهربائية لقياس كيف تتحدث الخلايا مع بعضها البعض، ويمكننا استخدام المجهر لنرى كيف تتحرك الخلايا وتجري الإتصالات مع بعضها البعض”, وكما يشرح بإن العديد من الجينات المرتبطة بهذه الاضطرابات, متورطة في الروابط بين الخلايا العصبية، لذلك يمكننا أن نرى كيف تغير الجينات في هؤلاء المرضى يضعف التواصل داخل المخ بطريقة غير غازية.

إنه يأخذ هذه الأفكار الآن إلى أبعد من ذلك، حيث يجمع بين الكائنات العضوية التي تحاكي مناطق مختلفة من الدماغ وتدرس تفاعلاتها, وهي تقنية يصفها بأنها “ليغو الدماغ”, يستخدم الفريق هذه الهجينة للتجسس على الدماغ أثناء تهيئته للتركيز على ما يحدث لما يسمى بالخلايا العصبية المثبطة, والتي تساعد عادة على تهدئة نشاط المخ ولكنها معيبة عند الأشخاص المصابين بالصرع والتوحد.

يقول باسكا: “لا تولد الخلايا العصبية المثبطة في القشرة المخية على سطح المخ, فهي تولد في منطقة عميقة للغاية من الدماغ الأمامي, وعليها أن تهاجر ملليمترات على مدى عدة أشهر بعد الولادة, إنه لأمر رائع حقًا أن نشاهده في ثقافاتنا, فهم يسحبون أنفسهم ويقفزون”.

ولكن عندما نظر باسكا وزملاؤه إلى الكائنات العضوية التي تنمو بإستخدام خلايا من مرضى يعانون من مرض التوحد المرتبط بالصرع، فقد رأوا صورة مختلفة تمامًا, وكانت الخلايا المثبطة تتحرك بطريقة غريبة للغاية، حيث تقفز في كثير من الأحيان, ولكن بكفاءة أقل وتتخلف في النهاية.

وعلى نحو مثير للإعجاب، تمكن الباحثون بعد ذلك من التعرف على دواء يمكنه إنقاذ هذه الخلايا المتأخرة، وتصحيح عيوب الأسلاك والتوجيه نحو علاج مستقبلي محتمل للأطفال الذين يعانون من نفس الحالة.

فتح أسرار الدماغ (في سن الشيخوخة)

وفي الوقت نفسه في جامعة “كوليدج لندن”، تستخدم اختصاصية الأعصاب “سيلينا وراي” المواد العضوية في الدماغ للنظر في الحالات التنكسية العصبية التي تبدأ في الطرف الآخر من الحياة، بما في ذلك مرض الزهايمر والخرف الجبهي الصدغي.

وتقول سيلينا وراي: “عادةً ما يتعين علينا العمل مع أنسجة المخ بعد الوفاة من المرضى، لكنك لا تنظر إلى المراحل النهائية, حيث يشبه الأمر تقريبًا الحضور إلى مكان الجريمة بعد اختفاء المجرم، وتحاول تجميع سلسلة من الأحداث من خلال النظر في الضرر الذي تُرِك, أريد أن أبني طرزًا في المختبر تسمح لنا بالاطلاع على بداية المرض لأنه إذا فهمنا أول الأشياء التي يجب أن تسوء، فسيكون ذلك عندما يكون العلاج أكثر فعالية”.

بطريقة مشابهة لباسكا ولانكستر، أخذت عينات من الجلد من مرضى الخرف، وتحولهم إلى خلايا IPS ثم تنمو عضويات, ويمكن أن تلاحظ وراي الإختلافات مقارنةً مع الكائنات العضوية من الأشخاص الذين لم يتأثروا بعد بضعة أشهر فقط وإيجاد مستويات متزايدة من أشكال جزيئات معينة مرتبطة بمرض الزهايمر.

ومع ذلك فهناك مشكلة في هذا النهج تحاكي العقول الصغيرة المراحل المبكرة من الحياة، في حين أن الخرف يمثل مشكلة تحتاج إلى عقود من الزمن للتطور لحل هذه المشكلة، ويعمل الباحثون على الاختراقات الذكية لتسريع عملية الشيخوخة, والتي تتمثل إحدى الأفكار في إضافة تغييرات جينية تحاكي البروجيريا, اي الإضطراب النادر الذي يسبب شيخوخة مبكرة مثيرة, وهناك طريقة أخرى تتمثل في التدخل في الهياكل التي تحمي نهايات الدنا داخل الخلايا، والمعروفة باسم التيلوميرات والتي تعمل كنوع من العد التنازلي مع تقدمنا ​​في العمر.

بالإضافة إلى دراسة العمليات الأساسية التي تحرك الخرف، تعتقد وراي أن العقول المصغرة لديها الكثير من الإمكانيات للمساعدة في تحديد العلاج المناسب للمرضى الأفراد.

في الختام

أشعر بسعادة غامرة لفكرة الطب الشخصي, أنه يمكنك أخذ خلايا شخص ما وتنمو عضويات في المختبر, وفحص مجموعة من العقاقير ضدهم ويقولون حسنًا, نعتقد أن هذا الشخص سيستجيب للعقاقير ABC, و​​لكن هذا الشخص سوف يستجيب بشكل أفضل للعقاقير XYZ , ويحدث هذا في بيولوجيا السرطان, حيث ان هذه الفكرة المتمثلة في القدرة على تقسيم المرضى إلى طبقات على أساس جزيئي، وعلى الرغم من أنني أعتقد أننا قطعنا شوطًا طويلًا, إلا أنني أحب فكرة زراعة الخلايا العصبية لشخص ما حتى نتمكن من تحديد العلاجات التي يجب أن نقدمها معهم.”

سيرجيو باسكا متحمس بالمثل حول إمكانات العقول الصغيرة لتغيير الحياة.

ويقول: “تنمو الكائنات العضوية لدينا من خلايا مأخوذة من مرضى حقيقيين, كما يعاني هؤلاء الأطفال من اضطرابات نمو عصبية حادة تضر بحياتهم حقًا, ويعتقدون أنه بعد بضعة أشهر يمكنك استخلاص أنسجة المخ من هؤلاء المرضى في الطبق والبدء في طرح أسئلة حول كيفية ظهور المرض, وهذا ما يجعل الأمر مثيرًا.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *