به گزارش آماج، دانشمندان در دو پژوهش جدید سرنخهای مهمی از نحوه شکلگیری مغز انسان پیش از تولد به دست آوردهاند. نتایج نشان میدهد سلولهای بنیادی اولیه مغز تنها بر اساس برنامه ژنتیکی عمل نمیکنند، بلکه نحوه مصرف مواد مغذی و سیگنالهای فیزیکی دریافتشده از بخشهای دیگر مغز نیز در تعیین نوع سلولهای عصبی که تولید میکنند نقش دارد.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، لسآنجلس (UCLA) بهطور ویژه روی سلولهایی به نام گلیای شعاعی (Radial Glia) تمرکز کردند؛ سلولهای بنیادی ویژهای که بخش بزرگی از نورونها و سلولهای پشتیبان قشر مغز را تولید میکنند. این سلولها همچنین در گسترش چشمگیر قشر مغز انسان در مقایسه با بسیاری از گونههای دیگر نقش دارند.
دو مطالعه جدید که در مجلات علمی Cell و Science منتشر شدهاند، نشان میدهند گلیای شعاعی تصمیمهای خود را در خلأ نمیگیرند و بهطور مداوم از محیط اطراف خود اطلاعات دریافت میکنند.
متابولیسم گلوکز در تصمیمگیری سلولهای بنیادی مغز نقش دارد
در مطالعه منتشرشده در Cell، پژوهشگران نقشهای دقیق از فعالیتهای متابولیکی در قشر مغز در حال رشد انسان تهیه کردند. این پروژه با همکاری آزمایشگاههای آپارنا بهادوری و هدر کریستوف و با هدایت جِسِنیا میل و خوزه سوتو انجام شد.
پژوهشگران برای تهیه این نقشه، بافت انسانی اهداشده را همراه با انداموارههای مغزی تولیدشده از سلولهای بنیادی بررسی کردند. نتایج نشان داد متابولیسم فقط فرایندی پسزمینهای برای تأمین انرژی مغز در حال رشد نیست؛ بلکه میتواند بهطور فعال بر تصمیم سلولهای بنیادی برای تولید انواع مختلف سلولها اثر بگذارد.
گلیای شعاعی بهشدت به مسیری متابولیکی به نام مسیر پنتوز فسفات وابسته است. این مسیر از گلوکز برای تولید موادی استفاده میکند که سلولها برای تقسیم سریع به آنها نیاز دارند.
وقتی پژوهشگران میزان گلوکز در دسترس را کاهش دادند یا این مسیر متابولیکی را مختل کردند، سلولهای بنیادی تغییر رفتار دادند. آنها شروع به تولید نورونهای مهاری بیشتر و همچنین انواع دیگری از سلولها کردند که معمولاً در مراحل دیرتر رشد مغز ظاهر میشوند.
آپارنا بهادوری، از پژوهشگران این مطالعه، میگوید: «چیزی که شگفتانگیز بود این است که متابولیسم فقط یک فرایند منفعل نیست که در پسزمینه اتفاق بیفتد. متابولیسم واقعاً میتواند نحوه تصمیمگیری سلولهای بنیادی را کنترل کند.»
این یافته میتواند به پژوهشگران کمک کند تا در آینده بهتر بررسی کنند که تغذیه مادر، اختلالات متابولیکی و عوامل محیطی چگونه ممکن است بر مغز در حال رشد جنین اثر بگذارند.
سیگنالهای تالاموس زودتر از آنچه تصور میشد به سلولهای مغزی میرسند
مطالعه دوم که در Science منتشر شده و کلودیا نگوین نویسنده اول آن است، به سراغ نوع متفاوتی از اطلاعات رفت: سیگنالهایی که از تالاموس، ساختاری در عمق مغز، به سمت قشر مغز ارسال میشوند.
دانشمندان سالهاست میدانند که نورونهای تالاموس رشتههای عصبی بلندی را به سمت قشر مغز ارسال میکنند. این رشتهها در نهایت با برخی نورونهای قشری ارتباط برقرار میکنند. اما مطالعات آناتومیکی نشان داده بودند که در انسان، این زوائد عصبی مدتها پیش از شکلگیری ارتباطات نهایی به قشر مغز میرسند.
این موضوع پرسش مهمی ایجاد کرده بود: چرا این رشتههای عصبی تا این اندازه زود به قشر مغز میرسند؟
پژوهشگران UCLA با استفاده از «اسمبلوییدهای» مغزی تولیدشده از سلولهای بنیادی انسان، بخشی از پاسخ این پرسش را پیدا کردند. آنها دریافتند که زوائد عصبی تالاموس در زمانی که مغز هنوز در حال شکلگیری است، بهطور فیزیکی با سلولهای گلیای شعاعی تماس پیدا میکنند.
این تماس فیزیکی رفتار سلولهای بنیادی را تغییر میدهد و باعث میشود آنها نورونهای تحریکی بیشتری تولید کنند؛ نورونهایی که نقش اصلی را در انتقال سیگنالهای عصبی در قشر مغز دارند.
این تأثیر بهویژه در تولید نورونهای لایههای بالایی قشر مغز چشمگیر بود؛ سلولهایی که در مغز انسان نسبت به بسیاری از گونههای دیگر گسترش بیشتری پیدا کردهاند.
بهادوری درباره این یافته میگوید: «ما از قبل میدانستیم که این زوائد عصبی بر نحوه رشد قشر مغز اثر میگذارند. چیزی که بهطور مشخص پیدا کردیم این است که این تأثیر از طریق یک ارتباط فیزیکی واقعی میان زوائد عصبی و گلیای شعاعی ایجاد میشود؛ نقطه تماسی که پیش از این شناسایی نشده بود و به احتمال زیاد در جوندگان وجود ندارد.»
نقش ژن مرتبط با اوتیسم در شکلگیری مغز
پژوهشگران در ادامه این ارتباط فیزیکی را به ژن NRXN1 مرتبط کردند؛ ژنی که در شکلگیری ارتباط میان نورونها نقش دارد و جهشهای آن پیشتر با اختلال طیف اوتیسم مرتبط دانسته شده است.
برای بررسی نقش این ژن، تیم تحقیقاتی اسمبلوییدهایی را با استفاده از سلولهای گرفتهشده از بیمارانی که دارای جهش در NRXN1 بودند، تولید کرد. در این مدلها، سیگنالهای تالاموسی تغییراتی نشان دادند که در سلولهای افراد بدون این جهش مشاهده نمیشد.
این تغییرات تعادل میان تعداد سلولهای بنیادی و نورونهایی را که از آنها تولید میشوند، تحت تأثیر قرار داد. این یافته میتواند ابزار جدیدی در اختیار دانشمندان قرار دهد تا بررسی کنند اختلال در مراحل بسیار ابتدایی رشد مغز چگونه میتواند بر شکلگیری قشر مغز اثر بگذارد.
مغز در حال رشد دائماً از محیط اطراف خود پیام دریافت میکند
اگرچه دو مطالعه جدید بر سازوکارهای متفاوتی تمرکز داشتند، هر دو به یک نتیجه کلی اشاره میکنند: گلیای شعاعی تصمیمهای خود را بهصورت مستقل نمیگیرند. رفتار این سلولها دائماً تحت تأثیر اطلاعاتی قرار دارد که از محیط اطراف دریافت میکنند.
در یک مطالعه، این اطلاعات از نحوه مصرف و پردازش مواد مغذی میآمد و در مطالعه دیگر، از ارتباط فیزیکی با زوائد عصبی تالاموس. کنار هم قرار دادن این یافتهها تصویر پیچیدهتری از چگونگی ساخته شدن مغز انسان ارائه میدهد.
انداموارههای مغزی راه مطالعه مغز انسان را تغییر دادهاند
این پژوهشها همچنین اهمیت فناوری انداموارههای مغزی را نشان میدهند. حدود یک دهه پیش، دانشمندان ابزارهای محدودی برای بررسی مستقیم رفتار سلولهای بنیادی عصبی منحصربهفرد انسان داشتند.
امروزه انداموارههای مغزی و مدلهای مشابه به پژوهشگران اجازه میدهند برخی ویژگیهای مهم رشد مغز انسان را در آزمایشگاه بازسازی کنند. این مدلها همچنین امکان بررسی پرسشهایی را فراهم میکنند که مطالعه آنها تنها با استفاده از مدلهای حیوانی دشوار یا غیرممکن است.
بهادوری امیدوار است این یافتهها باعث شود دانشمندان متابولیسم و ارتباطات فیزیکی میان سلولها را نه صرفاً فرایندهایی جانبی، بلکه عوامل فعال در هدایت رشد مغز در نظر بگیرند.
او میگوید: «در نهایت، این مطالعات نگاهی اجمالی به سازوکار درونی تصمیمگیری این سلولها به ما میدهند. درک این تصمیمها نخستین گام برای فهم رشد طبیعی مغز، آسیبپذیری در برابر بیماریها و شاید نحوه عملکرد برنامههای مشابه سلولهای بنیادی در سرطان مغز است.»
چرا این یافتهها مهماند؟
مغز انسان پیش از تولد از مجموعهای عظیم از تصمیمهای سلولی ساخته میشود. یافتههای جدید نشان میدهند این تصمیمها فقط حاصل دستورهای ژنتیکی نیستند و سلولهای بنیادی مغز میتوانند به وضعیت متابولیکی و تماسهای فیزیکی با سلولهای دیگر نیز پاسخ دهند.
این کشف میتواند درک دانشمندان از رشد قشر مغز انسان را عمیقتر کند و در آینده به مطالعه بهتر اختلالات رشد عصبی، بیماریهای مرتبط با مغز و حتی برخی انواع سرطان مغزی کمک کند.
برای دنبال کردن تازهترین یافتههای علمی و اخبار فناوری و سلامت، به آماج مراجعه کنید.
