استفاده از ارگانوید روی تراشه برای درک راز فیزیک چین‌های مغز!

چین‌های مغز انسان در اختلالات تکوینی عصبی، نقش مهمی بازی می‌کنند، اما منشا آنها،‌ هنوز ناشناخته است. مدل‌های ژل پلیمری نشان می‌دادند این چین‌ها به طور خودبخود و به علت نیروهای فشاری در طول تورم به وجود می‌آیند، اما این ایده‌ها، در یک سیستم زنده آزمایش نشده بود. اکنون فیزیکدانان ظهور این چین‌ها را در طول رشد یک ارگانوید مغزی قرار داده شده روی یک تراشه، مشاهده کرده و موفق به درک فرآیند شکل‌گیری آنها شده‌اند. نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی معتبر Nature Physics منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…

یک ارگانوید (organoid)، ساختاری به طور مصنوعی رشدیافته از سلول‌هاست که از آن برای بازتولید نمونه‌های اندام انسان یا سایر حیوانات استفاده می‌شود. ارگانوید معمولا بسیار کوچکتر از اندام‌های واقعی است، اما به محققان اجازه می‌دهد چگونگی رشد اندام‌ها را بررسی کنند. دانشمندان در این پژوهش جدید، به دنبال درک بهتر فرآیند شکل‌گیری چین ‌های مغز در حین رشد، بودند.

رویکرد استاندارد ساخت ارگانوید، در این پژوهش قابل استفاده نبود، و فیزیکدانان مجبور بودند روش دیگری را امتحان کنند. آنها سلول‌های بنیادی را روی یک تراشه رشد دادند و یک ارگانوید مغز بدست آوردند که بسیار باریک‌تر و گردتر از ارگانوید مغزی بود که به طور طبیعی رشد کرده بود. ارگانوید مغز حاصل، شبیه به یک قرص نان بود. این ساختار به محققان امکان داد تا تصاویری از چین‌ها در حالی که رشد می‌کنند، بگیرند و تمام سلول‌ها را با مواد مغذی، تغذیه کنند، زیرا رگ‌های خونی معمولا در ارگانویدها رشد نمی‌کنند.

محققان در مطالعه‌ی تصاویر رشد ارگانوید دریافتند چین‌ها به صورتی که انتظار می‌رفت، رشد کردند، یعنی به دلیل نیروهای مخالف ناشی از تفاوت‌ رشد ماده‌ی مغزی. در این مورد، این نیروها ناشی از چارچوب یاخته در هسته‌ی ارگانوید و هسته‌ی سلولی در لبه‌های خارجی بودند. رشد نابرابر دو قسمت، باعث می‌شود یک قسمت در اثر افزاش فشار، چین بخورد. طول موج چین‌خوردگی به طور خطی به ضخامت بافت، وابسته بوده که با انرژی‌ کشیدگی و خمیدگی سازگار است؛ بنابراین این مدل، فیزیک چین خوردن مغز را به خوبی نشان می‌دهد.

دانشمندان برای درک بهتر رشد چین‌ها، دوباره همین آزمایش را با سلول‌های بنیادی دارای سندرم مغز صاف انجام دادند. این سندروم همانطور که از نامش پیداست، نشان‌دهنده‌ی رشد مغز، بدون چین‌ است. همانطور که انتظار می‌رفت، ارگانوید مغز با چین‌های بسیار کمی رشد کرد. نگاه دقیق‌تر نشان داد این تفاوت به تفاوت‌ الاستیک بودن سلول‌های ارگانویدی سالم و ارگانوید دارای سندورم بازمی‌گردد. این پژوهش، گام موثری در مطالعه‌ی ویژگی‌های ظهور یافته‌ی رشد ارگانوید مغز جنین انسان برداشته است.