اولین مینی مغز جهان با سد خونی مغزی ایجاد شد

ارگانوئید یک نسخه کوچک و ساده شده از یک اندام است که در شرایط آزمایشگاهی به صورت سه‌بعدی تولید می‌شود که پیچیدگی کلیدی عملکردی، ساختاری و بیولوژیکی آن اندام را تقلید می‌کند.

از طرفی سد خونی-مغزی انسان(hBBB) یک سد بسیار تخصصی است و به تنظیم عبور خون و تقسیم سیستم عصبی مرکزی(CNS) کمک می‌کند.

سد خونی مغزی(BBB) محدوده جداکننده بین مایع برون‌سلولی مغز در سیستم اعصاب مرکزی و جریان خون گردشی در بدن است، به طوری که اگر مواد رنگی به‌ خون تزریق شود، می‌توان مشاهده کرد که از این ماده درون مغز اثری دیده نمی‌شود. این پرده یا سد از مویرگ‌های ویژه تشکیل شده که بر خلاف ساختار عادی در مویرگ‌ها دارای منافذ معمول نبوده و اتصال بین سلولی در آنها از نوع اتصال‌محکم است و در نتیجه بسیاری از مولکول‌ها و ریزمولکول‌ها و همچنین باکتری‌ها قادر به گذشتن از آنها و رسیدن به مایع مغزی نخاعی در مغز نیستند.

در مقابل، سطح اندوتلیال این مویرگ‌ها از پروتئین‌های ویژه پوشیده شده که توسط آنها ورود گلوکز به مغز به عنوان تغذیه امکان‌پذیر می‌شود. همچنین تبادل گازی (اکسیژن- دی‌اکسید کربن) بین خون گردشی و مغز از این سد بدون مشکل قابل انجام است.

برخی از نکات برجسته این مطالعه اخیر به شرح زیر است:

- مجموعه‌های سد خونی مغزی(BBB) این مینی مغز ایجادشده کاملاً شبیه ویژگی‌های کلیدی BBB انسانی هستند.

- تداخل عصبی عروقی نقش مهمی در تشکیل BBB دارد.

- آسمبلوئیدهای BBB مشتق شده از بیمار به طور مؤثر فنوتیپ‌های درون بدن را تداعی می‌کنند.

یک آسمبلوئید یک مدل آزمایشگاهی است که دو یا چند ارگانوئید، کروی یا نوع سلولی کشت‌شده را ترکیب می‌کند تا ویژگی‌های ساختاری و عملکردی یک اندام را تداعی کند.

- مجموعه‌های BBB اختلال در تعاملات عصبی عروقی را نشان می‌دهند.

این مطالعه بهبود طیف گسترده‌ای از اختلالات مغزی مانند سکته مغزی، اختلالات عروقی مغز، سرطان مغز، بیماری آلزایمر، بیماری هانتینگتون، بیماری پارکینسون و انواع مختلف بیماری‌های عصبی را نوید می‌دهد.

رمزگشایی از سد خونی مغزی

طبق گفته کتابخانه ملی پزشکی، سد خونی مغزی(BBB) یک غشای انتخابی و نیمه تراوا است که خون را از مایع بینابینی مغز جدا می‌کند. این سد، رگ‌های خونی مغز را قادر می‌کند تا حرکت مولکول‌ها و یون‌ها را بین جریان خون و مغز تنظیم کنند.

رگ‌های خونی در مغز از یک پوشش اضافی از سلول‌های فشرده تشکیل شده است که اندازه مولکول‌های عبوری از جریان خون به سیستم عصبی مرکزی(CNS) را محدود می‌کند.

مانعی که به درستی عمل کند، باید با جلوگیری از ورود مواد مضر به مغز، سلامت مغز را حفظ کند و در عین حال به مواد مغذی ضروری اجازه می‌دهد تا به مغز برسند. با این حال، مشکل در اینجا این است که همین مانع می‌تواند از رسیدن بسیاری از داروهای بالقوه مفید به مغز نیز جلوگیری کند. هدف این کشف جدید حل این مشکل از طریق مهندسی زیستی سلول‌های بنیادی است.

زیوآن گو، نویسنده ارشد این مطالعه و یکی از اعضای هیات علمی بخش زیست‌شناسی رشد در بیمارستان کودکان سینسیناتی، گفت: اکنون از طریق مهندسی زیستی سلول‌های بنیادی، ما یک پلتفرم نوآورانه مبتنی بر سلول‌های بنیادی انسانی ایجاد کرده‌ایم که به ما امکان می‌دهد مکانیسم‌های پیچیده حاکم بر عملکرد و اختلال عملکرد BBB را مطالعه کنیم. این کار فرصت‌های بی‌سابقه‌ای برای کشف دارو و مداخله درمانی فراهم می‌کند.

یک کشف پیشگامانه

اغلب محققان در سرتاسر جهان برای توسعه ارگانوئیدهای مغزی سخت کار کرده‌اند، با این حال تا به حال شانس زیادی نداشته‌اند.

این اولین باری است که یک مرکز تحقیقاتی موفق به ساخت یک ارگانوئید مغزی می‌شود که دارای پوشش مانع خاصی است که در رگ‌های خونی مغز انسان یافت می‌شود.

محققان این مدل جدید را «آسمبلوئیدهای BBB» نامیده‌اند. این نام نشان‌دهنده این کشف پیشگامانه است. در این فرآیند، این آسمبلوئیدها دو نوع مختلف ارگانوئید را ترکیب می‌کنند که عبارتند از ارگانوئیدهای مغز (آنهایی که بافت مغز انسان را تکثیر می‌کنند) و ارگانوئیدهای عروق خونی (آنهایی که ساختارهای عروقی را تقلید می‌کنند).

محققان برای ادامه آزمایش خود از یک مجموعه سلول‌های بنیادی مشتق شده از بیمار استفاده کردند که آسمبلوئیدهایی می‌سازد که به طور کاملاً مؤثری ویژگی‌های کلیدی یک بیماری نادر مغزی را که به عنوان «ناهنجاری غار مغزی» شناخته می‌شود، تقلید می‌کند.

این یک اختلال ژنتیکی است که با سد خونی مغزی ناکارآمد مشخص می‌شود و منجر به خوشه‌هایی از رگ‌های خونی غیر طبیعی در مغز می‌شود که شبیه به تمشک هستند.

زیوآن خاطرنشان کرد که مدل آنها فنوتیپ بیماری را خلاصه می‌کند که بینش جدیدی را در مورد آسیب‌شناسی مولکولی و سلولی زمینه‌ای اختلالات عروقی مغز ارائه می‌دهد.

وی گفت: به طور کلی آسمبلوئیدهای BBB یک فناوری تغییردهنده بازی با پیامدهای گسترده‌ای برای علوم اعصاب، کشف داروها و پزشکی شخصی نشان می‌دهد.

این مطالعه در مجله Cell Stem Cell 50 منتشر شده است.