اولین اطلس رشد مغز، روند تبدیل سلول های بنیادی به نورون را آشکار کرد

مغز انسان، پیچیده ترین ساختار زیستی شناخته شده در جهان، حاصل تعامل ظریف هزاران ژن، سلول و مسیر مولکولی است. سال هاست دانشمندان تلاش می کنند دریابند چگونه سلول های بنیادی عصبی در دوران جنینی و اوایل زندگی، به انواع گوناگون نورون ها و سلول های پشتیبان تبدیل می شوند؛ فرآیندی که کلید درک رشد طبیعی مغز و منشأ بسیاری از بیماری های عصبی است.

اکنون مجموعه ای از پژوهش های تازه، برای نخستین بار اطلس جامع سلولی توسعه مغز انسان و موش را ارائه کرده است؛ نقشه ای دقیق که مسیر شکل گیری و تمایز سلول های عصبی را با جزئیاتی بی سابقه نمایش می دهد.

این یافته ها نه تنها دید تازه ای به فرایند رشد مغز می دهند، بلکه می توانند در مطالعه و درمان اختلالات عصبی همچون اوتیسم، اسکیزوفرنی و بیماری های نورودژنراتیو نقشی اساسی ایفا کنند.

ایجاد دقیق ترین نقشه های توسعه مغز

دانشمندان در این پروژه با استفاده از فناوری های پیشرفته تک سلولی، فعالیت صدها هزار سلول مغزی اولیه در قشر مغز انسان و موش را بررسی کردند. این داده ها امکان ردیابی رویدادهای مولکولی را فراهم می کنند که باعث تمایز سلول های بنیادی به انواع نورون ها و سلول های پشتیبان می شود. هانگ کوی زنک، معاون اجرایی موسسه آلن علوم مغز در سیاتل، این نقشه ها را «اولین پیش نویس کامل سلول های مغز در حال توسعه» توصیف می کند.

این اطلس ها امکان شناسایی ژن هایی را فراهم می کنند که در لحظات خاص رشد سلولی فعال هستند و می توانند در تشخیص مکانیزم های اختلالات عصبی مورد استفاده قرار گیرند. زولتَن مولنار، عصب شناس تکاملی دانشگاه آکسفورد، معتقد است که این ابزارها «دوران هیجان انگیزی برای علوم اعصاب» ایجاد کرده اند و می توانند مسیر تحقیقات آینده را به طور قابل توجهی تغییر دهند.

تمرکز بر توسعه قشر مغز

یکی از مطالعات این مجموعه بر قشر بینایی موش ها متمرکز بود، بخشی از مغز که مسئول پردازش بصری و عملکردهای شناختی است. پژوهشگران بیش از ۵۶۸,۶۵۴ سلول منفرد را ردیابی کردند و ۱۴۸ خوشه سلولی و ۷۱۴ زیرنوع سلولی را شناسایی نمودند. نتایج نشان داد که بسیاری از نورون ها حتی پس از تولد به هویت تخصصی خود ادامه می دهند، به ویژه بین روز ۱۱ تا روز ۲۱ پس از تولد، زمانی که چشم های موش ها برای اولین بار باز می شوند و سیستم بینایی فعال می شود.

این داده ها نشان می دهند که توسعه مغز پس از تولد نیز یک فرآیند پویا است و هویت سلولی می تواند در پاسخ به محیط و نیازهای عملکردی تنظیم شود. چنین بینشی برای درک نحوه رشد مغز و تأثیر عوامل محیطی بر توسعه شناختی اهمیت ویژه دارد.

اطلس سلولی در مغز جنین انسان

در مطالعه ای دیگر، پژوهشگران به بررسی مغز جنین های انسانی پرداخته اند تا نحوه شکل گیری انواع سلول های مغزی را شناسایی کنند. آنها بیش از ۶,۴۰۲ سلول پیش ساز در هشت جنین در مراحل مختلف توسعه جمع آوری کردند و به هر سلول یک بارکد DNA منحصر به فرد اختصاص دادند. این بارکدها امکان ردیابی مسیر تمایز هر سلول را فراهم می کنند و نشان می دهند که چگونه سلول های بنیادی به انواع نورون های تحریکی و مهاری تبدیل می شوند.

نتایج نشان داد که در جنین های کمتر از ۲۰ هفته، سلول ها عمدتاً به نورون های تحریکی تبدیل می شوند که سیگنال های الکتریکی را برای فعال سازی سایر نورون ها منتقل می کنند. پس از ۲۰ هفته، سلول ها به تولید نورون های مهاری می پردازند که فعالیت عصبی را تنظیم و متعادل می کنند. این سوئیچ توسعه ای نشان می دهد که زمان بندی دقیق در تمایز سلولی برای عملکرد صحیح شبکه های عصبی حیاتی است.

علاوه بر نورون ها، تولید سایر سلول های مغزی مانند آستروسیت ها و الیگودندروسیت ها در انسان طولانی تر و مستمرتر از موش ها است، که نشان دهنده تفاوت های گونه ای در توسعه مغز و اهمیت مطالعات تطبیقی است.

تکامل و تنوع سلول های مغزی

اطلس های سلولی به دانشمندان امکان مقایسه توسعه مغز در گونه های مختلف پستانداران را می دهند. پژوهش ها نشان داده اند که برخی نورون های مهاری که قبلاً منحصر به نخستی سانان تصور می شدند، در گونه های دیگر مانند خوک، خرگوش و فرت نیز یافت می شوند. این یافته ها نشان می دهد که تکامل مغز پستانداران با حفظ برخی ویژگی های سلولی و تنظیم موقعیت و نسبت نورون ها عمل می کند.

به گفته فنا کرینین، عصب شناس دانشگاه پرینستون، این پروژه «نحوه مطالعه مغز در مراحل مختلف زندگی و گونه های مختلف را بازتعریف کرده و یک زبان مشترک برای دسته بندی انواع سلول ها ایجاد کرده است.» چنین دیدگاهی امکان استفاده از مدل های حیوانی برای تحقیقات زیست پزشکی و ترجمه یافته ها به انسان ها را فراهم می کند.

پیامدها برای علوم اعصاب و آینده پژوهش ها

این اطلس ها نه تنها یک منبع داده ای بی نظیر برای مطالعه مغز در حال توسعه فراهم می کنند، بلکه درک چگونگی بروز اختلالات عصبی و ارائه درمان های هدفمند را نیز تسهیل می کنند. دانشمندان اکنون می توانند ژن های کلیدی در مراحل حساس رشد را شناسایی کرده و بررسی کنند که چگونه اختلال در این مسیرها منجر به بیماری های نورودژنراتیو و روانی می شود.

با ادامه این تحقیقات، امید می رود که اطلس های سلولی توسعه مغز بتوانند زمینه ساز درمان های پیشگیرانه و مداخلات زودهنگام برای اختلالات مغزی شوند و درک ما از تکامل مغز و عملکردهای شناختی انسان را به طور بنیادین تغییر دهند.

نتیجه گیری

اولین اطلس توسعه مغز، تصویری دقیق و بی سابقه از مسیر تبدیل سلول های بنیادی به نورون ها و سلول های پشتیبان ارائه می دهد و نشان می دهد که چگونه توسعه مغز انسان و پستانداران تحت کنترل دقیق زمان بندی مولکولی و ژنتیکی قرار دارد. این یافته ها، علاوه بر درک بهتر فرآیند طبیعی رشد مغز، افق های جدیدی برای مطالعه اختلالات عصبی مانند اوتیسم، اسکیزوفرنی و بیماری های نورودژنراتیو باز می کنند.

بیشتر بخوانید