ارگانوئیدهای مغزی نشان می‌دهند که چگونه پستانداران شکل‌های مختلف مغز را ایجاد می‌کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اکثر گونه های پستانداران دارای مغزهای نسبتا بزرگی هستند که سطوح آن با برآمدگی ها و شیارهای مشخص مشخص شده است. این مورد در مورد مارموست های معمولی (Callithrix jacchus) صدق نمی کند. مغز این میمون های کوچک صاف و عملا باز شده است.

محققان مرکز پستانداران آلمانی (DPZ) -موسسه تحقیقات پستانداران لایبنیتز در گوتینگن- بررسی کردند که کدام فرآیندهای سلولی در طول رشد جنینی باعث می شود که مغز مارموست از مرحله خاصی به بعد به طور متفاوتی رشد کند.

در آزمایش‌هایی با ارگانوئیدهای مغزی، آن‌ها توانستند نشان دهند که سلول‌های پیش‌ساز عصبی خاصی – که نورون‌ها از آن‌ها به وجود می‌آیند – در مارموست‌ها، هم از نظر مورفولوژیکی و هم از نظر زمانی، به طور متفاوتی رشد می‌کنند. فرآیندهای متعددی که در سطوح مختلف رخ می‌دهند و شامل انواع مختلفی از سلول‌های پیش‌ساز می‌شوند، این پدیده را کنترل می‌کنند، که در نهایت منجر به کاهش اندازه و چین‌خوردگی مغز مارموست می‌شود.

این مطالعه که در Science Advances منتشر شده است، نور جدیدی را در مورد رشد تکاملی مغز پستانداران می اندازد و می تواند به بهبود درک ما از اختلالات رشدی در مغز انسان در آینده کمک کند.

اندازه و درجه چین خوردگی آن از ویژگی های تعیین کننده مغز بسیاری از نخستی ها است. به ویژه، شیارها و برجستگی های گردو مانند مغز انسان به میزان زیادی سطح آن را افزایش می دهد و فضا را برای میلیاردها سلول عصبی فراهم می کند. این فرآیندهای فکری پیچیده را قادر می سازد و مغز انسان را فوق العاده قدرتمند می کند. اکنون محققان بر این باورند که حتی جد مشترک همه پستانداران دارای مغزی متوسط ​​و حداقل تا حدی چین خورده بوده است.

با این حال، این مورد برای برخی از گونه های نخستی که امروزه زندگی می کنند صادق نیست. مارموست‌های معمولی (Callithrix jacchus)، گونه‌ای از پستانداران آمریکای جنوبی که به طور فزاینده‌ای در تحقیقات زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، دارای سطح مغزی صاف و تقریبا باز شده است. محققان مرکز پستانداران آلمانی چگونگی این اتفاق را بررسی کرده اند.

Lidiia Tynianskaia، یکی از دو نویسنده اول این مطالعه و دکترای دکترا، توضیح می‌دهد: «ما می‌خواستیم بفهمیم که کدام تغییرات در سطح سلولی باعث می‌شود مغز مارموست کمتر رشد کند و چین‌های کمتری تشکیل دهد. دانشجوی گروه تحقیقاتی جوان رشد و تکامل مغز در DPZ.

"در ابتدای رشد، مغز مارموست معمولی ساختار و ترکیب معمولی مغز پستانداران بزرگ و چین خورده را نشان می دهد. بنابراین با پیشرفت رشد، فرآیندهایی باید رخ دهند که به طور موثری تولید سلول های عصبی را کند می کنند."

در آزمایش‌های مقایسه‌ای با استفاده از ارگانوئیدهای مغزی از مارموست‌های معمولی و انسان، دانشمندان به‌ویژه بر روی سلول‌های پیش‌ساز مغز تمرکز کردند، زیرا این سلول‌ها مسئول تولید نورون‌ها هستند. تعداد نورون ها یکی از عوامل تعیین کننده در تعیین میزان بزرگی و چین خوردگی یک مغز است.

محققان دریافتند که چندین فرآیند در سطوح مختلف و در انواع مختلف سلول‌ها منجر به کاهش اندازه و چین‌خوردگی قشر مغز در مارموست‌ها می‌شود.

سزار ماتئو باستیداس بتانکور، همچنین نویسنده اول این مطالعه و دکترای دکترا، توضیح می‌دهد: «تحقیقات ما نشان داده است که سلول‌های پیش‌ساز خاصی در مارموست معمولی به طور قابل توجهی کندتر از انسان تقسیم می‌شوند». دانشجوی گروه پژوهشی نوجوانان.

"سایر سلول های پیش ساز ساختار ساده تری نسبت به همتایان انسانی خود دارند، با فرآیندهای کمتر، و بنابراین تکثیر کمتری دارند. هر دوی این عوامل در نهایت منجر به سلول های عصبی کمتری می شوند که به اندازه کوچکتر و چین خوردگی کمتر قشر مغز در مارموست ها کمک می کند."

علاوه بر این، دانشمندان توانستند نشان دهند که زمان‌بندی برخی ویژگی‌ها و رفتارهای سلول‌های پیش‌ساز در مارموست‌ها در مقایسه با انسان‌ها تغییر می‌کند. در نتیجه، سلول‌های مولد مرموزت معمولی یک پنجره زمانی کلی کوتاه‌تر دارند که در طی آن می‌توانند به سرعت تکثیر شوند.

بیشتر آزمایش‌ها بر روی ارگانوئیدهای مغزی انجام شد. این ساختارهای سلولی سه بعدی کوچک به طور دقیق زمان برخی از مراحل رشد مغز را منعکس می کنند. مایکل هاید، رئیس گروه تحقیقاتی Junior Brain Development and Evolution می گوید: «این مطالعه مزایای روش های in vivo و in vitro را ترکیب می کند.

"ارگانوئیدها برای به دست آوردن نتایج آماری قوی مناسب هستند زیرا چنین اندازه های نمونه در پستانداران امکان پذیر نیست. ما متعاقبا برخی از آزمایش های کلیدی را در بافت مغز جنین تکرار کردیم تا نتایج ارگانوئیدها را تایید کنیم."

این نشان داد که ارگانوئیدهای 50 روزه مارموست شباهت زیادی به رشد طبیعی مغز در روز 90 دارند. این مقایسه مهم بود زیرا تنها راهی بود که محققان می‌توانستند زمان‌بندی رشد ارگانوئیدها را با زمان رشد در مغز مارموست هماهنگ کنند و نتایج را به طور قابل اعتماد تفسیر کنند.

این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه تنوع اندازه‌ها و شکل‌های مغز در پستانداران می‌تواند تکامل یافته باشد و در عین حال، چارچوب مهمی برای درک بهتر فرآیندهای رشد و اختلالات آنها در مغز انسان فراهم می‌کند.

Lidiia Tynianskaia و همکاران، سازگاری های پیش ساز عصبی هماهنگ به کاهش مقیاس نئوکورتیکال نخستی ها، Science Advances (2026) کمک می کند. DOI: 10.1126/sciadv.aeg5563. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg5563

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →