نحن نقترب من تنمية الدماغ في طبق المختبر

تمت زراعة نسخة صغيرة من القشرة الدماغية النامية – وهي منطقة دماغية تشارك في التفكير والذاكرة وحل المشكلات – في طبق مختبري، مع نظام من الأوعية الدموية يشبه إلى حد كبير الشيء الحقيقي. تعد هذه المجموعة من الخلايا واحدة من أكثر عضويات الدماغ تفصيلاً التي تم إنشاؤها حتى الآن، وسوف تعمق فهمنا للدماغ.

تُزرع عضويات الدماغ، التي تسمى أحيانًا “الأدمغة الصغيرة”، في أطباق المختبر عن طريق غمر الخلايا الجذعية في خليط من الإشارات الكيميائية، التي تحفزها على تكوين كرات من الخلايا. منذ إنشائها لأول مرة في عام 2013، قدمت هذه الهياكل الدماغية – التي تشبه أدمغة الجنين أو حديثي الولادة – رؤى جديدة لحالات مثل التوحد والفصام والخرف.

لكن الكائنات العضوية لها عيب كبير: فهي تبدأ عادةً بالموت بعد بضعة أشهر. وذلك لأنه في حين أن الأدمغة كاملة الحجم مجهزة بشبكة من الأوعية الدموية لنقل الأكسجين والمواد المغذية، فإن الأعضاء الدماغية يمكنها امتصاص هذه العناصر فقط من الطبق الذي تنمو فيه، مما يؤدي إلى تجويع الخلايا الداخلية. وهذا يحد من حجمها وتعقيدها، ومدى تشابهها مع الدماغ النامي. يقول لويس كيستيماكر من المركز الطبي الجامعي في مركز أوتريخت للدماغ في هولندا: “إنها مشكلة كبيرة جدًا”.

ولمعالجة هذه المشكلة، قام إيثان وينكلر – من جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو – وزملاؤه بزراعة خلايا جذعية بشرية في أطباق معملية لمدة شهرين لإنتاج ما يسمونه “العضويات القشرية”، لأنها تحاكي القشرة الدماغية النامية. بشكل منفصل، قاموا بزراعة عضويات مكونة من خلايا الأوعية الدموية، ووضعوا اثنتين منها على طرفي نقيض من كل عضوي قشري. وبعد بضعة أسابيع، انتشرت الأوعية الدموية بالتساوي في جميع أنحاء الأدمغة المصغرة.

والأهم من ذلك، من خلال تصوير العضيات، كشف الباحثون أن الأوعية الدموية تحتوي على مركز مجوف، أو تجويف، يشبه إلى حد كبير ذلك الموجود في الدماغ. تقول مادلين لانكستر من جامعة كامبريدج، التي كانت أول من طورت عضويات الدماغ: “إن عرض شبكات الأوعية الدموية ذات اللمعان الذي يمكن العثور عليه في الأوعية الدموية الفعلية أمر مثير للإعجاب”. “إنها خطوة كبيرة.”

فشلت الجهود السابقة لإدخال أوعية دموية إلى عضيات الدماغ في إعادة إنتاج هذه التفاصيل المهمة، وشهدت عادةً انتشار الأوعية الدموية بشكل غير متساوٍ في جميع أنحاء العضيات. علاوة على ذلك، بالمقارنة مع المحاولات السابقة، بدا أن الأوعية في هذه التجربة الجديدة تشبه إلى حد كبير الخصائص الفيزيائية والنشاط الجيني لتلك الموجودة في الأدمغة النامية الحقيقية، مما يشكل “حاجزًا دمويًا دماغيًا” محسنًا – وهو الحد الذي يحمي الدماغ عادةً من مسببات الأمراض الغازية، بينما يسمح للمواد الغذائية ومنتجات النفايات بالمرور عبرها، كما يقول كيستيماكر.

تشير النتائج مجتمعة إلى أن الأوعية لديها فرصة أفضل لنقل السوائل المغذية للحفاظ على الكائنات العضوية حية، كما يقول لانكستر. “أن تكون وظيفية حقًا [blood vessels]تقول لانكستر: “سيحتاجون إلى طريقة لضخ الدم بشكل مستمر، كما يفعل القلب، ويجب أن يكون بطريقة اتجاهية، بحيث يدخل الدم المؤكسج الطازج – أو بديل يشبه الدم – بينما يتم سحب الدم غير المؤكسج. وما زلنا بعيدين عن ذلك”.