ما هي “minibrains”؟ كل ما يجب معرفته عن عضويات الدماغ
في العقد الماضي ، بدأت النقط التي نمت في المختبر من أنسجة المخ البشري تتصدر عناوين الأخبار ، حيث بشرت بعصر جديد من الاكتشافات العلمية وأثارت عددًا كبيرًا من الأسئلة الأخلاقية.
هذه النقط – المعروفة علميًا باسم عضيات الدماغ ، ولكن غالبًا ما يطلق عليها “minibrains” في الأخبار – تعمل كنماذج مصغرة ومبسطة لأدمغة بشرية كاملة الحجم. يمكن أن تكون هذه العضيات مفيدة في البحث الأساسي وتطوير الأدوية وحتى علوم الكمبيوتر.
ومع ذلك ، نظرًا لأن العلماء يجعلون هذه النماذج أكثر تعقيدًا ، فهناك سؤال حول ما إذا كان من الممكن أن تصبح مشابهة جدًا لها العقول البشرية وبالتالي يكتسبون الوعي بشكل أو بآخر.
كيف تصنع minibrains؟
العلماء يزرعون عضيات الدماغ من الخلايا الجذعية ، وهي نوع من الخلايا غير الناضجة التي يمكن أن تؤدي إلى ظهور أي نوع من الخلايا ، سواء كان الدم أو الجلد أو الأمعاء أو الدماغ.
يمكن أن تأتي الخلايا الجذعية المستخدمة في إنماء العضيات إما من خلايا بشرية بالغة ، أو نادرًا ما تأتي من نسيج جنيني بشري ، وفقًا لمراجعة عام 2021 في مجلة العلوم الطبية الحيوية (يفتح في علامة تبويب جديدة). في الحالة الأولى ، يجمع العلماء الخلايا البالغة ثم يعرضونها للمواد الكيميائية من أجل إعادتها إلى حالة تشبه الخلايا الجذعية. تسمى الخلايا الجذعية الناتجة “الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات” (iPSC) ، والتي يمكن تحويلها إلى أي نوع من الأنسجة.
لإنشاء دماغ صغير ، قام العلماء بتضمين هذه الخلايا الجذعية في مصفوفة غنية بالبروتين ، وهي مادة تدعم الخلايا أثناء انقسامها وتشكيل شكل ثلاثي الأبعاد. بدلاً من ذلك ، يمكن زراعة الخلايا فوق سقالة مادية ثلاثية الأبعاد ، وفقًا لمراجعة عام 2020 في المجلة الحدود في علم الأحياء الخلوي والتنموي (يفتح في علامة تبويب جديدة).
لإقناع الخلايا الجذعية لتشكيل أنسجة مختلفة ، يقوم العلماء بإدخال جزيئات معينة وعوامل نمو – مواد تحفز نمو الخلايا وتكاثرها – في نظام زراعة الخلايا في نقاط محددة من تطورها. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يضع العلماء الخلايا الجذعية في المفاعلات الحيوية الدوارة أثناء نموها إلى أدمغة صغيرة. تعمل هذه الأجهزة على إبقاء العضيات النامية معلقة ، بدلاً من صقلها على سطح مستو ؛ هذا يساعد العضيات على امتصاص العناصر الغذائية والأكسجين من المحلول جيد التحريك المحيط بها.
تنمو عضيات الدماغ بشكل أكثر تعقيدًا مع تطورها ، على غرار الطريقة التي تنمو بها الأجنة البشرية أكثر فأكثر في الرحم. بمرور الوقت ، أصبحت العضيات تحتوي على أنواع متعددة من الخلايا الموجودة في أدمغة الإنسان بالحجم الكامل. تقليد وظائف محددة لأنسجة المخ البشري ؛ وتظهر تنظيمًا مكانيًا مشابهًا لمناطق معزولة من الدماغ ، على الرغم من أن هيكلها ووظيفتها أبسط من بنية الدماغ البشري الحقيقي ، وفقًا لمراجعة مجلة العلوم الطبية الحيوية.
لماذا ينمي العلماء حواجز صغيرة؟
يمكن استخدام Minibrains في مجموعة متنوعة من التطبيقات. على سبيل المثال ، يستخدم العلماء كتل من الأنسجة لدراسة التطور البشري المبكر.
تحقيقا لهذه الغاية ، قام العلماء بتنمية عضويات الدماغ مع مجموعة من الهياكل الشبيهة بالعين تسمى “أكواب البصريات”. في الأجنة البشرية في الرحم ، يؤدي الكوب البصري في النهاية إلى ظهور شبكية العين الحساسة للضوء في مؤخرة العين. مجموعة أخرى نمت عضويات ذلك توليد موجات الدماغ على غرار تلك التي شوهدت عند الأطفال المبتسرين ، واستخدمت أخرى حواجز صغيرة للمساعدة في تفسير سبب وجود المخدرات الشائعة يمكن أن تسبب تشوهات خلقية واضطرابات النمو إذا تم تناولها أثناء الحمل. تسمح نماذج مثل هذه للباحثين بإلقاء نظرة خاطفة على الدماغ كما يظهر في بداية الحمل ، وهو إنجاز سيكون صعبًا وغير أخلاقي في نفس الوقت عند البشر.
يمكن أيضًا استخدام Minibrains لنمذجة الحالات التي تؤثر على البالغين ، بما في ذلك الأمراض المعدية التي تؤثر على الدماغ وأورام الدماغ والاضطرابات التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون ، وفقًا لمراجعة Frontiers in Cell and Developmental Biology. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم بعض المجموعات بتطوير minibrains لفحص الأدوية ، لمعرفة ما إذا كان دواء معين يمكن أن يكون سامًا لأدمغة المرضى ، وفقًا لمراجعة 2021 في المجلة. الحدود في علم الوراثة (يفتح في علامة تبويب جديدة).
يمكن لمثل هذه النماذج أن تكمل أو تحل محل الأبحاث التي أجريت بالخلايا في أطباق المختبر وفي الحيوانات ؛ حتى الدراسات التي أجريت على الرئيسيات ، التي تشبه أدمغتها البشر إلى حد بعيد ، لا يمكنها أن تلتقط بدقة ما يحدث في الأمراض البشرية. في الوقت الحالي ، على الرغم من ذلك ، يتفق الخبراء على أن عضيات الدماغ ليست متقدمة بما يكفي لتحل جزئيًا أو كليًا محل النماذج الخلوية والحيوانية الراسخة للأمراض. ولكن يأمل العلماء في أن تؤدي هذه النماذج في يوم من الأيام إلى تطوير عقاقير جديدة وتقليل الحاجة إلى إجراء أبحاث على الحيوانات ؛ حتى أن بعض الباحثين يختبرون ما إذا كان من الممكن إصلاح الدماغ بواسطة “سد” الإصابات باستخدام minibrains البشرية المزروعة في المختبر.
متعلق ب: لم تعد إدارة الغذاء والدواء الأمريكية تتطلب اختبارًا على الحيوانات لأدوية جديدة. هل هذا آمن؟
بالإضافة إلى الطب ودراسة التنمية البشرية ، يمكن أيضًا استخدام minibrains لدراسة التطور البشري. في الآونة الأخيرة ، استخدم العلماء عضيات الدماغ لدراسة الجينات التي تسمح بامتصاص ينمو الدماغ البشري بشكل كبير جدًا، وآخرون استخدموا العضيات لدراسة كيف تختلف أدمغة الإنسان عن تلك الموجودة في القرود و إنسان نياندرتال.
أخيرًا ، يريد بعض العلماء استخدام عضيات الدماغ لتشغيل أنظمة الكمبيوتر. في اختبار مبكر لهذه التقنية ، قامت إحدى المجموعات مؤخرًا بصنع دماغ صغير من خلايا دماغ الإنسان والفأر لعب “بونغ” بنجاح بعد توصيله بمصفوفة إلكترود يتحكم فيها الكمبيوتر.
وفي مقترح حديث نشر في المجلة الحدود في العلوم (يفتح في علامة تبويب جديدة)أعلن العلماء عن خططهم لتنمية عضيات دماغية كبيرة ، تحتوي على عشرات الآلاف إلى ملايين الخلايا ، وربطها معًا لإنشاء شبكات معقدة يمكن أن تكون بمثابة أساس لأجهزة الكمبيوتر الحيوية في المستقبل.
هل يمكن أن تكون الحركات الصغيرة واعية؟
على الرغم من أنها تسمى أحيانًا “العقول الصغيرة” ، إلا أن عضيات الدماغ ليست أدمغة بشرية مصغرة حقًا. بدلاً من ذلك ، فهي عبارة عن كرات كروية تقريبًا من أنسجة المخ تحاكي بعض ميزات الدماغ البشري بالحجم الكامل. على سبيل المثال ، تحتوي العضيات الدماغية ، التي تحتوي على أنواع الخلايا الموجودة في القشرة المخية ، السطح الخارجي المجعد للدماغ ، على عدة طبقات من الأنسجة ، مثل القشرة الحقيقية.
وبالمثل ، يمكن أن تولد عضيات الدماغ رسائل كيميائية وموجات دماغية مشابهة لما نراه في الدماغ بالحجم الكامل ، لكن هذا لا يعني أنهم يستطيعون “التفكير” ، (يفتح في علامة تبويب جديدة) يقول الخبراء. ومع ذلك ، فإن إحدى النقاط الشائكة في هذه المناقشة هي حقيقة أن علماء الأعصاب ليس لديهم تعريف متفق عليه للوعي ، ولا لديهم طرقًا موحدة لقياس هذه الظاهرة ، ذكرت الطبيعة (يفتح في علامة تبويب جديدة) في عام 2020.
شكلت الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب لجنة لمعالجة هذه المآزق وأصدرت أ تقرير في عام 2021 (يفتح في علامة تبويب جديدة)، مع تحديد بعض القضايا الأخلاقية المحتملة للعمل مع عضيات الدماغ.
في الموعد، استنتج المؤلفون أن (يفتح في علامة تبويب جديدة) “في المستقبل المنظور ، من غير المرجح أن يحدث ذلك [brain organoids] قد تمتلك قدرات ، في ضوء الفهم الحالي ، يمكن التعرف عليها على أنها وعي أو وعي أو عاطفة أو تجربة الألم. من منظور أخلاقي ، لا تختلف العضيات العصبية في الوقت الحاضر عن الأنسجة أو الثقافات الأخرى في المختبر البشري. ومع ذلك ، بينما يطور العلماء أشباه عضويات أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ ، يجب إعادة النظر بانتظام في الحاجة المحتملة للقيام بهذا التمييز “.
