باحثون في جامعة ستانفورد ينمّون أنسجة دماغية بشرية في الفئران لدراسة الأمراض العصبية

نجح باحثون في ابتكار فئران حية تتكون أدمغتها الخارجية بالكامل تقريبًا من أنسجة بشرية. فقد قام علماء من جامعة ستانفورد بإزالة المسارات العصبية الأصلية لهذه الفئران لخلق فراغ مكاني يسمح لأنسجة الدماغ البشرية المختبرية بملئه. وقد شغلت هذه الخلايا البشرية نحو نصف الحجم الكلي لدماغ الفأر، ونجحت في الارتباط بإمدادات الدم لدى المضيف، إضافة إلى الخلايا العصبية المحلية والحبل الشوكي. وتوفّر هذه الحيوانات المعروفة بـ"القشرة المخية المُغايرة" منظورًا غير مسبوق لدراسة الاضطرابات العصبية البشرية بدءًا من الصرع والتوحد وصولًا إلى الشلل الدماغي. وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية: "نتوقع أن تكون القشرة المخية المُغايرة مفيدة للغاية في الحصول على بيانات على مستوى الدوائر الكهربائية والسلوك، من خلال الاستفادة من الخلايا العصبية البشرية لدراسة التطور العصبي، ونمذجة الأمراض، وتطوير العلاجات".

أظهرت صور مقطعية بالتصوير بالرنين المغناطيسي لدماغ فأر القشرة المخية المُغايرة المسارات والاتجاهات المُقدَّرة للألياف العصبية. وبطبيعة الحال، يصعب الوصول إلى أنسجة الدماغ البشرية، مما يجعل دراسة التطور والوظائف العصبية أمرًا بالغ الصعوبة. والآن، تساعد النماذج العصبية المستمدة من الخلايا الجذعية البشرية الباحثين على تجاوز هذه العقبة. كما توفر هذه التقنية رؤى حول سلوك المضيف وتطور الخلايا. وفي نهاية المطاف، توفّر هذه النماذج الهجينة طريقة واعدة لفحص صحة الدماغ البشري ومرضه في الزمن الحقيقي.

اختراق تقني وتعديل جيني للفئران

عادةً ما يكون دماغ الفأر النموذجي مزدحمًا للغاية بحيث يتعذر عليه استيعاب نمو أنسجة بشرية واسعة النطاق؛ إذ تظل المنافسة على الحيز هي الغالبة، مما يؤدي إلى إقصاء الخلايا البشرية. ولمعالجة هذه المشكلة، أجرى الفريق بقيادة الدكتور Sergiu Pașca تعديلات جينية على الفئران لمنع نمو القشرة المخية والحُصين لديها. وُلدت هذه الحيوانات بفراغات هيكلية كبيرة، ثم خضعت لعملية الزرع. وقام العلماء بتحويل خلايا جلد بشرية إلى خلايا جذعية، وتحويلها إلى عضيات دماغية مصغرة، ثم حقنها في صغار الفئران. وقد نجت هذه التجمعات الصغيرة من الخلايا البشرية وتوسعت بسرعة، وبعد ثلاثة أشهر، تضاعف حجم النسيج البشري المزروع خمس مرات، وارتبط مباشرة بأوعية دم الفأر، ومددت أليافها العصبية إلى الحبل الشوكي للحيوان.

توسعت أنسجة الدماغ البشرية المختبرية بسرعة بعد الزرع، حتى شغلت معظم مساحة القشرة المخية لدى الفأر. ومع نموها، تطورت فيها أنواع متخصصة من خلايا الدماغ البشرية. ثم ارتبطت هذه الخلايا الجديدة مباشرةً بالجهاز العصبي القائم لدى الفأر. وأظهر مسح الدماغ وقياسات النشاط الكهربائي أن الخلايا البشرية المزروعة كانت تنشط وفق نمط منظم، مُظهرة سلوكًا يشبه سلوك دوائر الدماغ في طور التطور. وظلت الفئران قادرة على المشي والتحرك بشكل طبيعي، غير أن الباحثين رصدوا تغيرات طفيفة في قدرتها على تنسيق أطرافها وفي تنفيذ عاداتها اليومية التلقائية. وأشار الفريق إلى أن "التحليل السلوكي للفئران عديمة القشرة المخية وذات القشرة المخية المُغايرة أظهر أن القدرة الحركية ظلت محفوظة إلى حدٍّ بعيد، مع وجود فروق انتقائية في تنسيق الأطراف وفي تنظيم السلوك التلقائي".

الأهمية الطبية والاعتبارات الأخلاقية

أما الأهمية الطبية فكانت فورية. ففي اختبارات إثبات المفهوم، عرّض الباحثون فئران القشرة المخية المُغايرة لبيئة منخفضة الأكسجين لمدة خمس ساعات. وقد تعرضت الخلايا العصبية البشرية لتلف شديد وانتقائي، محاكيةً بذلك الانهيار الخلوي الذي يصيب الرضّع البشر جراء عمليات الولادة الصعبة مسببًا الشلل الدماغي. وعلى نحو غير متوقع، أنتج هذا المنصّة أيضًا خلايا فون إيكونومو النادرة، وهي خلايا متخصصة تتأثر بشدة بالخرف الجبهي الصدغي، ولم يكن من الممكن استنباتها بكفاءة في المختبر سابقًا. ومع تقدم البحث، يشرف bioethicists وفلاسفة بشكل نشط على رفاهية هذه الحيوانات وحالتها الإدراكية.

غير أن هذه الفئران المُعشَّبة تمثل، بالنسبة لملايين المرضى الذين يعانون اضطرابات عصبية لا علاج لها، تقدمًا مهمًا ينقل الصندوق الأسود للدماغ البشري إلى دائرة الضوء. وقد نُشرت نتائج الدراسة في السادس عشر من سبتمبر في مجلة Nature.

أثر الفئران المُعشَّبة على أبحاث الأمراض العصبية

يبرز نجاح هذه الدراسة إمكانات نمو أنسجة الدماغ البشرية داخل الفئران، مما يمهد سبلًا جديدة لأبحاث الأمراض العصبية. ومن خلال التعديل الجيني، باتت الفئران قادرة على استيعاب الخلايا البشرية، وقد تفاعلت هذه الخلايا بفاعلية مع الجهاز العصبي للمضيف، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم التطور العصبي البشري وآليات المرض. وعلاوة على ذلك، يثير هذا التقدم التقني تساؤلات تتعلق برعاية الحيوان وبالقضايا الأخلاقية، إذ يتطلب الأمر إشرافًا مستمرًا على السلوك والحالة الإدراكية لهذه الفئران المُعشَّبة.