موش های بیگانه-قشری: آیا سلول های مغز انسان می توانند در حیوانات رشد کنند؟

در آزمایشگاهی در کالیفرنیا، در ایالات متحده، موش ها مانند موش ها در اطراف قفس خود می چرخند. اما در داخل مغز آنها میلیون ها نورون انسانی فعال وجود دارد.

محققان دانشگاه استنفورد سلول‌های انسانی رشد یافته در آزمایشگاه را در موش‌هایی کاشته‌اند که به‌طور ژنتیکی دستکاری شده‌اند تا بخش‌هایی از مغزشان، از جمله قشر مغز، ناحیه بیرونی که نقش عمده‌ای در ادراک، حرکت، تصمیم‌گیری و توجه بازی می‌کند، نداشته باشند.

بر اساس مطالعه‌ای که در Nature منتشر شده است، این موش‌های موسوم به «موش‌های قشری بیگانه» ممکن است راه جدیدی برای مطالعه مدارهای عصبی و اختلالات مغزی مانند اسکیزوفرنی، فلج مغزی و زوال عقل ارائه دهند.

قرار دادن بافت مغز انسان در داخل یک حیوان شبیه چیزی خارج از فرانکنشتاین مری شلی به نظر می رسد، اما واقعا این موش ها چقدر «انسان» هستند؟ و محققان چه چیزی را یافته اند؟

محققان این موش ها را از نظر ژنتیکی اصلاح کردند تا آنها بدون اکثر قشر مغز و هیپوکامپ مجاور که برای حرکت، یادگیری و حافظه مورد نیاز هستند متولد و رشد کنند.

هنگامی که حیوانات دو روزه بودند، محققان "ارگانوئید" انسانی را به فضاهای خالی تزریق کردند. ارگانوئیدها توده های مینیاتوری سلول هایی هستند که در آزمایشگاه از سلول های بنیادی یا بافت تومور رشد می کنند که از اندام های واقعی انسان تقلید می کنند. هر کدام از سلول های بنیادی اهداکنندگان سالم رشد کرده اند و حدود 100000 سلول انسانی را در خود جای داده اند.

به طور کلی، محققان حدود 14 میلیون نورون موش را حذف کردند و حدود 4 میلیون نورون انسانی را اضافه کردند.

محققان تاکید کردند که این همان پیوند مغز نیست و حیوانات "موش هایی که مانند انسان فکر می کنند" نیستند.

آنها این پیوند را روی 29 موش آزمایش کردند و روی 25 موش کار کرد.

در عرض سه ماه، بافت انسان در داخل مغز موش‌ها پنج برابر بزرگ‌تر شد، به منبع خون آنها متصل شد و بیش از 90 درصد حفره‌ها را پر کرد.

موش‌های «قشر بیگانه» عمدتا به طور معمول راه می‌رفتند و صدا می‌کردند، حتی اگر بافت انسانی تقریبا نیمی از حجم مغز آنها را تشکیل می‌داد.

در یک آزمایش ماز، موش‌هایی که بافت انسانی کاشته‌شده نداشتند همچنان گم می‌شدند، با این حال، در حالی که موش‌های دارای سلول‌های انسانی بهتر عمل کردند، که نشان می‌دهد بافت انسانی به شناخت کمک می‌کند.

به طور غیرمنتظره ای، برخی از بافت ها به نورون های فون اکونومو تبدیل شدند که سلول های طولانی و کمیابی هستند که معمولا در موش ها وجود ندارند و ساخت آنها در آزمایشگاه تقریبا غیرممکن است. آنها در حیوانات بسیار اجتماعی مانند انسان، میمون ها، نهنگ ها و فیل ها یافت می شوند.

این آزمایش همچنین ممکن است به توضیح فلج مغزی کمک کند.

در حالی که نوزادان انسان ممکن است از کمبود اکسیژن در نتیجه عوارض مکرر در طول زایمان طولانی تر و دشوارتر رنج ببرند، نوزادان موش به ندرت دچار کمبود اکسیژن می شوند، که مطالعه این وضعیت را در جوندگان سخت کرده است.

هنگامی که موش های اصلاح شده در این مورد در معرض اکسیژن کم قرار گرفتند، آسیب مغزی، راه رفتن تغییر یافته و هماهنگی ضعیف اندام را نشان دادند.

بیماری های مغزی انسان جزو سخت ترین شرایط مطالعه است. مغز حاوی حدود 86 میلیارد سلول عصبی است که توسط تریلیون ها اتصال به هم مرتبط شده اند. موانع اخلاقی و ایمنی، همراه با پیچیدگی بالای بیولوژیکی مغز، دسترسی به بافت مغز زنده انسان را محدود می کند.

دانشمندان سال‌ها را صرف رشد «ارگانوئیدها» کرده‌اند: خوشه‌های کوچکی از سلول‌های عصبی انسان که در آزمایشگاه رشد کرده‌اند. اما آنها مغز در یک ظرف نیستند. آنها فاقد ارتباطات، ورودی ها و محیط یک مغز زنده هستند.

سرجیو پاسکا، نویسنده ارشد مقاله تحقیقاتی و استاد روانپزشکی و علوم رفتاری در دانشگاه استنفورد، گفت که این پتانسیل این است که بینش بی‌سابقه‌ای را در مورد مغز انسان به محققان بدهد.

او گفت: «در دو دهه گذشته، تلاشی برای ساختن مدل‌هایی از مغز انسان در خارج از بدن انسان وجود داشته است.

این قرار نیست جایگزین همه مدل‌هایی شود که قبلا داشتیم، اما دسترسی ما را به جنبه‌های دیگری از عملکرد مغز انسان فراهم می‌کند که مطالعه آنها در غیر این صورت بسیار دشوار است.»

با پیشرفت تحقیقات در مورد ارگانوئیدهای مغزی، با توجه به سؤالات اخلاقی حساسی که توسط این فناوری ها مطرح می شود، نیاز به مقررات و نظارت روشن نیز وجود دارد.

این پرسش‌ها بر این امکان متمرکز هستند که خوشه‌های سلولی و مغزهایی که خارج از بدن صاحبانشان رشد کرده‌اند، دارای ظرفیت حس یا هوشیاری هستند، و اینکه آیا می‌توان این موضوع را از نظر علمی تأیید کرد.

محققان آزمایش‌ها را زمانی که سلول‌های عصبی انسان کاشته‌شده در مغز موش‌ها شش ماهه بودند، قبل از اینکه بتوانند ارتباطات عصبی بیشتری با مغز حیوانات ایجاد کنند و قبل از اینکه هر نشانه‌ای از هوشیاری ظاهر شود، متوقف کردند.

جان ایوانز، استاد جامعه شناسی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت این آزمایش به خودی خود مسائل اخلاقی عمده ای را مطرح نمی کند، اما شواهدی را ارائه می دهد که نشان می دهد حیوانات دیگری می توانند ایجاد شوند که ممکن است نگرانی های اخلاقی جدی تری ایجاد کنند.

تعیین مرزهای روشن برای این تحقیق همچنان یک چالش است.

به گفته ایوانز، مشکل در فقدان نقاط توقف واضح در مسیر تدریجی است که تحقیقات می تواند از موش به پستانداران غیرانسان ببرد.

بر این اساس، وی پیشنهاد کرد که محققان فعلا از جوندگان فراتر نروند تا از ایجاد ارگانیسم‌های نوروهیبریدی که ویژگی‌های انسان و حیوان را با هم ترکیب می‌کنند و می‌توانند جنجال‌های اخلاقی ایجاد کنند، اجتناب کنند.