شبیه سازی سه‌بعدی بافت‌های عصبی، حرکتی هوشمندانه به سمت مدل‌سازی مغز انسان

تاریخ : ۰۲ اردیبهشت ۱۳۹۷

تعداد بازدید : ۲۶۷

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

شبیه سازی از جمله روش‌های پذیرفته شده در علوم مهندسی است. ساختار سه‌بعدی تهیه شده از نورون‌ها با استفاده از فناوری هیدروژل، سلول‌های بنیادی و استفاده از فناوری توالی‌یابی، منجر به ساخت مدل‌هایی با شباهت‌های غیر قابل انکار با بخش‌های مختلف مغز شده است. این فناوری درک بهتری از سازوکار بیماری‌های مغزی به دنبال خواهد داشت.

درک بیماری‌های عصبی نیاز به سیستم‌های ژنتیکی قابل ردیابی دارد و مهندسی بافت‌های عصبی سه‌بعدی، انتخابی جذاب برای پژوهش‌ در این زمینه است. به تازگی دانشمندان موفق به ایجاد این بافت‌ها در زمینه‌های هیدروژلی شده‌اند که می‌توانند برای ارزیابی چگونگی تطابق بیان ژن در مغز انسان مورد استفاده قرار گیرند.

سیستم‌های ساده می‌توانند راهی هموار برای درک پدیده‌های طبیعی ایجاد کنند. به عبارت دیگر، شبیه‌سازی می‌تواند به حوزه‌ای علمی مؤثر و پرکاربردی در این زمینه منجر شود. از نگاه مهندسان نیاز نیست همه چیز به طور کامل ساخته شود، بلکه آن‌ها تلاش می‌کنند چیزهایی را بسازند که به خوبی کار کنند. دانشمندان دانشگاه‌ هاروارد و مؤسسه فناوری ماساچوست در یک همکاری مشترک تلاش کرده‌اند تا از همین اصل برای مطالعه مغز سود برند.

مغز انسان را می‌توان به عنوان ماشینی ساخته شده از ترکیب چند عنصر منحصر به فرد با خوانش ترنسکریپتومیک تصور کرد، که هویت سلولی را هدایت می‌کند. دانشمندان تلاش دارند تأثیر تنظیم پارامترهای قابل کنترل مختلف بر روی این نحوه خوانش را در زمینه‌ای تعریف شده بررسی کنند. با وجود آن‌که دانش ما از ژن‌ها و انواع آن که مرتبط با طیف وسیعی از فنوتیپ‌های رفتاری و عصبی انسان هستند، به سرعت در حال گسترش است، توانایی ما برای غربال‌گری این داده‌ها و یافتن انواع علل و ارتباط آن‌ها با عملکرد مغز، همچنان ناچیز است.

در بررسی جدید انجام شده، دانشمندان بافت‌های عصبی سه‌بعدی با منشأ سلول‌های بنیادی جنینی انسان (hESCs) را توسعه داده و به مقایسه آن با مغز انسان پرداختند. برای این منظور مهندسان برق با دانشمندان متخصص در توالی‌یابی RNA، توالی‌یابی سلولی منفرد و زیست‌شناسی محاسباتی همکاری داشتند. آن‌ها به خوبی نشان دادند سلول‌های عصبی در بافت‌های سه‌بعدی با استفاده از زمینه ای هیدروژلی (Matrigel)، فرایندهای نورونی نسبتاً غنی‌تری را به نمایش می‌گذارند. به علاوه تغییر در خصوصیات مواد احاطه کننده مانند ترکیب و حجم آن‌ها، سبب تنظیم پروفایل‌های بیان ژن شد.

در مرحله بعد آن‌ها تلاش کردند که ترنسکریپتوم سلول‌ها در بافت‌های سه بعدی تولید شده را با ترنسکریپتوم مغز انسان مقایسه کنند. با مقایسه اطلاعات با داده‌های اطلس مغز انسان، مشخص گردید می‌توان از پروفایل‌های قابل تنظیم بیان ژن در کامپوزیت‌های هیدروژلی جهت نمایش وجود همبستگی ترنسکریپتومیک بین بافت‌های عصبی سه‌بعدی با نواحی مختلف مغز انسان در نقاط زمانی متفاوت فرآیند تکوین استفاده کرد.

در نهایت پژوهشگران به اصلاح و نزدیک‌سازی بیشتر  بافت‌ مغزی شبیه‌سازی شده به نمونه واقعی پرداختند. یکی از راه‌ها برای دست‌یابی به این هدف تولید بافت‌هایی بود که هم شامل سلول‌های نورونی و هم آستروسیت های مشتق شده از سلول‌های بنیادی جنینی انسان بودند. این عمل نیاز به توسعه روش‌های تمایزی جدید داشت. محققین با استفاده از توالی‌یابی سلولی منفرد، نشان دادند که انواع سلول‌ها در بافت‌های عصبی مهندسی شده به درستی الگوهای رونویسی آنالوگ‌های خود را در مغز انسان بازتولید می‌کنند. از آنجا که هدف اصلی ایجاد سیستمی برای تسریع توانایی دانشمندان در مطالعه گونه‌های ژنتیکی بود، امکان‌پذیری ترکیب این بافت‌های عصبی با ابزارهای مهندسی ژنوم نیز نشان داده شد.

بافت‌های سه بعدی ارائه شده در این بررسی می‌توانند به عنوان مدل‌های تقریبی قابل کنترل از مغز انسان به کار گرفته شوند و در نهایت منجر به درک درست سازوکار بیماری‌ها شوند.

منبع : https://nbmecommunity.nature.com/users/92509-halil-tekin/posts/31965-the-domain-of-approximate-engineered-tractable-neural-tissues

نظر شما