ما هي الأورغانويدات الدماغية؟

الأورغانويدات هي تجمعات خلوية تتشكل ذاتياً من خلايا جذعية متعددة القدرات وتعيد جزئياً البنية والتركيب الخلوي لدماغ في طور النمو.

ما هي طرق تصنيع الأورغانويدات الدماغية؟

تُصنع بطريقتين رئيسيتين: غير موجهة تعتمد على التجميع الذاتي مع إشارات خارجية قليلة، وموجهة تستخدم جزيئات حيوية لتوجيه تكوين أجزاء دماغية محددة.

ما أهم قيود الأورغانويدات الدماغية؟

تشمل القيود الحجم الصغير، غياب أوعية دموية وظيفية، تطور نخر داخلي بسبب نقص تغذية، وكونها نموذجاً لدماغ في طور النمو لا للبالغ.

كيف تُستخدم الأورغانويدات الدماغية في دراسة تطور الدماغ؟

تُستخدم لدراسة تطور الدماغ والآليات الجينية والخلية، ومحاكاة تشوهات خلقية مثل الميكروكبهيّة، وتحليل التأثيرات العصبية لفيروسات واضطرابات عقلية.

هل الأورغانويدات الدماغية تحتوي على أوعية دموية؟

لا، الأورغانويدات الدماغية لا تطوّر أوعية دموية وظيفية بطبيعتها، مما يحدّ من تزويدها بالمغذيات ويؤدي إلى نخر في المناطق العميقة.

هل تُعد الأورغانويدات الدماغية بديلاً للدماغ البشري الكامل؟

لا تُعَد بديلاً كاملاً؛ تزود نموذجاً تجريبياً مصغّراً لدماغ جنيني لكنها تختلف جوهرياً عن دماغ بشري بالغ من حيث الحجم والتعقيد والوظيفة.

الأورغانويدات: التقنية الجديدة لصناعة دماغ

يشرح لنا الدكتور في العلوم الطبية الحيوية بابلو Barrecheguren دور الأورغانويدات كواحدة من أهم تقنيات البحث الطبي الحيوي.

أحد أكبر العقبات التي تواجه علم الأعصاب هو صعوبة الحصول على معلومات في الجسم الحي من دماغ بشري.

بالتأكيد توجد تقنيات، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أو زرع أقطاب كهربائية داخل الجمجمة، التي تسمح لنا بالحصول على معلومات حول نشاط الدماغ…، لكن التحدي الحقيقي يكمن على المستوى الجزيئي: القدرة على تحليل تطور وتكامل الخلايا أثناء حدوثه، إذ إن الإمكانيات حتى الآن تقتصر في الغالب على دراسات ما بعد الوفاة أو زُرُوع خلوية لا يمكن في كثير من الحالات تعميم نتائجها على سلوك دماغ بشري بكامله. لمواجهة هذه المشكلة، إحدى أفضل الخيارات هي الأورغانويدات الدماغية.

الأورغانويدات الدماغية

ما هي الأورغانويدات

الأورغانويدات هي تجمعات خلوية تتجمع ذاتياً تتشكل من الخلايا الجذعية، وتتميز بأنها إلى حد معين تعيد إنتاج البنية والتركيب الخلوي للعضو الذي يُراد تكوينه.

في البداية كان أحد مجالات البحث هو إنشاء أورغانويدات تُحاكي طبقات الظهارة المعوية، لكن حالياً توسعت التقنية لتشمل أعضاء أخرى وتُعد أحد أكثر المجالات إثارة للاهتمام هي الأورغانويدات الدماغية.

طرق تصنيع الأورغانويدات

هناك طريقتان رئيسيتان لتصنيعها:

تقنيات غير موجهة: تبدأ من خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات تُزرع خارج الجسم مع تقليل استخدام الإشارات الكيميائية الحيوية الخارجية التي توجه النمو إلى الحد الأدنى. هذا يؤدي إلى تباين كبير والذي في بعض الحالات يُفضي إلى تكوين أورغانويدات ذات تركيب خلوي مشابه إلى حد كبير لدماغ بشري في طور النمو.
تقنيات موجهة: تنطلق من نفس الأساس لكن هناك تدخل أكبر في تطور الأورغانويد من خلال استخدام الجزيئات الحيوية. ونتيجة لذلك يمكن إنتاج أورغانويدات أكثر تحديداً، ذات تراكيب خلوية تُحاكي أجزاءً محددة من دماغ بشري في طور النمو.

بشكل عام، تُحقق هذه الأورغانويدات إعادة إنتاج إلى درجة معينة للتركيب الخلوي والهيكلي لدماغ بشري. وعلاوة على ذلك، تتطابق بيانات تحليل التعبير الجيني لهذه الأورغانويدات جزئياً مع بيانات دماغ بشري في طور النمو.

قيود هذه النماذج

مع ذلك، لا ينبغي أن ننسى أن هذه النماذج ما زالت تمتلك عدة قيود مهمة، مثل على سبيل المثال:

الأورغانويدات ذات حجم صغير جداً. يبلغ حجمها تقريباً حوالي 4 مم بينما قشرة الدماغ البشري وحدها لها حوالي 15 سم في القطر. ومن هذه الحالة تنشأ فروق هيكلية كثيرة تفصل الأورغانويد عن دماغ بشري.
لا تطور أي نوع من الأوعية الدموية. الأورغانويدات الدماغية لا تحتوي على أوعية دموية بحد ذاتها، وحتى عندما تُزرع مع خلايا ظهارية لم يُتمكن من خلق شعيرات دموية وظيفية داخل النسيج. ونقص الأوعية بطبيعة الحال هو فرق هيكلي كبير، لكنه يولد أيضاً مشكلة إضافية: الأورغانويد يمكنه الحصول على المغذيات فقط من سطحه الخارجي، مما يجعل أنه عند بلوغ حجم معين تتطور في الخلايا في المناطق الأعمق للأورغانويد حالة من التحلل النخري (نخر) بسبب نقص الغذاء.
خلايا الأورغانويد تعكس الحالة الخلوية لدماغ في طور النمو، ولذلك المعلومات التي يمكن أن تزودنا بها حول دماغ بالغ أو حتى مسن ضئيلة.

تقنية مهمة في البحث الطبي الحيوي

ومع ذلك، وبالرغم من كل هذه القيود، تُعتبر الأورغانويدات واحدة من أهم تقنيات البحث الطبي الحيوي لثلاثة أسباب.

أولاً، يجب أن نأخذ في الاعتبار أنها تُصنع من خلايا جذعية متعددة القدرات، وأن هذا النوع الخلوي يمكن الحصول عليه حالياً مباشرة أو من خلايا بالغة تُعاد برمجتها لاحقاً في المختبر (مثل استخدام عينة من الخلايا الدموية التي تُعاد برمجتها لتصبح ما يُعرف بالخلايا الجذعية متعددة القدرات المحفَّزة). وقد سمح ذلك بإنشاء أورغانويدات تُحاكي تشوهات خلقية مثل صغر الدماغ (المِيكروكبهيّة)، أو حتى تُستخدم الأورغانويدات مع مزارع فيروسية لـ دراسة التأثيرات العصبية لفيروس زيكا.
ثانياً، تُستخدم هذه النماذج لـ دراسة تطور الدماغ، وهناك حالات سريرية مثل الفصام أو اضطرابات طيف التوحد التي تُدرس بالفعل باستخدامها.
وثالثاً، يمكن إنشاء أورغانويدات دماغية لحيوانات أخرى، مما يسهل إجراء دراسات تطورية بالمقارنة بين أنواع مختلفة.

حالياً تُعد الأورغانويدات الدماغية أدوات بحث قيّمة جداً والأعمال التي تجمعها مع تقنيات أخرى تحمل إمكانيات كبيرة.

ومع ذلك، عند قراءة دراسات منشورة حول هذا المجال لا ينبغي أبداً نسيان أنها مجرد نموذج تجريبي، ومهما سُمّيت “أدمغة مصغرة” فإنها تظل تمتلك فروقاً جوهرية كثيرة مقارنة بدماغ بشري بالغ.

المراجع

Elizabeth Di Lullo and Arnold R. Kriegstein. استخدام الأورغانويدات الدماغية للتحقيق في تطور الجهاز العصبي والأمراض. Nat Rev Neurosci. 2017 October; 18(10): 573–584
Harpreet Setia, Alysson R. Muotri. الأورغانويدات الدماغية كنظام نموذجي لتطور الجهاز العصبي البشري والأمراض. Seminars in Cell and Developmental Biology (2019)
Xuyu Qian, Hongjun Song and Guo-li Ming. الأورغانويدات الدماغية: التقدّمات والتطبيقات والتحديات. Development (2019) 146, dev166074