پژوهشگران موفق به ترسیم یکی از جامع‌ترین نقشه‌های سلولی مغز در حال رشد انسان شده‌اند؛ نقشه‌ای که با تحلیل نزدیک به ۶۸۰ هزار سلول، چگونگی شکل‌گیری و عملکرد نورون‌ها را آشکار کرده و می‌تواند مسیر توسعه درمان‌های نوین برای بیماری پارکینسون و سایر اختلالات مغزی را دگرگون کند.
این دستاورد حاصل همکاری دانشمندان دانشکده پزشکی دوک ان‌یو‌اس در سنگاپور با مؤسسات پژوهشی بین‌المللی از جمله دانشگاه سیدنی است. نتایج این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.
نقشه‌ای برای شناخت عمیق‌تر مغز در حال رشد
به گزارش برنا، در این پروژه محققان توانستند تقریبا تمام انواع سلول‌های موجود در مغز جنینی انسان را شناسایی و امضای ژنتیکی آنها را ثبت کنند. این اطلس تک‌سلولی (Single-cell Atlas) نشان می‌دهد هر نوع سلول چگونه رشد می‌کند، با دیگر سلول‌ها تعامل دارد و در کدام مرحله از تکوین مغز نقش ایفا می‌کند.
تیم تحقیقاتی همچنین روش‌های مختلف تولید نورون‌های انسانی در محیط آزمایشگاه را با یکدیگر مقایسه کرده و با ارائه چارچوبی تازه، به بهبود کیفیت سلول‌های تولیدشده برای درمان بیماری‌های عصبی از جمله پارکینسون کمک کرده است.
پارکینسون؛ دومین بیماری شایع تحلیل‌برنده عصبی در سنگاپور
بیماری پارکینسون دومین اختلال تحلیل‌برنده عصبی شایع در سنگاپور به شمار می‌رود و حدود سه نفر از هر هزار نفر افراد بالای ۵۰ سال را درگیر می‌کند. این بیماری به نورون‌های دوپامینی ناحیه میان‌مغز آسیب می‌زند؛ سلول‌هایی که با ترشح دوپامین حرکت و یادگیری را تنظیم می‌کنند. از بین رفتن این سلول‌ها سبب بروز لرزش، کندی حرکت و مشکلات حرکتی می‌شود.
هدف اصلی پژوهشگران در این طرح درک دقیق‌تر چگونگی تشکیل نورون‌های دوپامینی در شرایط آزمایشگاهی و یافتن راهی برای بازسازی آنها در مغز بیماران بود.
معرفی سامانه نقشه‌برداری دو‌مرحله‌ای BrainSTEM
برای دستیابی به این هدف پژوهشگران از روشی نوین با نام BrainSTEM (مخفف Brain Single-cell Two tiEr Mapping) استفاده کردند. این رویکرد دو‌مرحله‌ای به آنها امکان داد تا ابتدا چشم‌اندازی کلی از سلول‌های مغز جنینی انسان ترسیم کنند و سپس با تمرکز بر ناحیه میان‌مغز، نقشه‌ای دقیق‌تر و با وضوح بالا از نورون‌های دوپامینی تهیه کنند.
به گفته محققان این نقشه مرجع جامع، از این پس به‌عنوان استاندارد جهانی برای ارزیابی مدل‌های آزمایشگاهی مغز مورد استفاده قرار خواهد گرفت تا مشخص شود کدام مدل‌ها بیشترین شباهت را به زیست‌شناسی واقعی مغز انسان دارند.
گامی بزرگ در مسیر درمان‌های سلولی پارکینسون
هیلاری توه یکی از نویسندگان اصلی مقاله و دانشجوی دکترای برنامه علوم اعصاب و اختلالات رفتاری در دانشکده Duke-NUS، اظهار کرد: این نقشه مبتنی بر داده، به دانشمندان کمک می‌کند تا نورون‌های دوپامینی میان‌مغزی را با بازده بالا و بیشترین شباهت به سلول‌های واقعی انسان تولید کنند. کیفیت بالای این پیوند‌های سلولی نقش تعیین‌کننده‌ای در افزایش اثربخشی درمان‌های سلولی و کاهش عوارض جانبی دارد و می‌تواند گزینه‌ای درمانی تازه برای بیماران پارکینسونی فراهم کند.
در جریان این پژوهش مشخص شد که برخی از روش‌های موجود برای رشد سلول‌های میان‌مغزی، به‌طور ناخواسته سلول‌هایی از سایر نواحی مغز نیز تولید می‌کنند. بر اساس یافته‌های منتشرشده لازم است هم در پروتکل‌های آزمایشگاهی و هم در شیوه‌های تحلیل داده بازنگری شود تا سلول‌های ناهمخوان و خارج از هدف شناسایی و حذف شوند.
پایه‌ای برای مدل‌های هوش مصنوعی در پزشکی مغز
جان اویانگ، پژوهشگر ارشد مرکز زیست‌شناسی محاسباتی Duke-NUS و از نویسندگان اصلی مقاله گفت: با نقشه‌برداری از مغز در مقیاس تک‌سلولی، BrainSTEM به ما دقتی بی‌سابقه می‌دهد تا حتی جمعیت‌های سلولی بسیار ظریف و خارج از هدف را از یکدیگر تفکیک کنیم. این جزئیات غنی سلولی، زیرساختی حیاتی برای توسعه مدل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی فراهم می‌کند که در آینده نحوه دسته‌بندی بیماران و طراحی درمان‌های هدفمند برای بیماری‌های تحلیل‌برنده عصبی را متحول خواهد کرد.
استانداردی تازه در مدل‌سازی مغز
استادیار آلفرد سان از برنامه علوم اعصاب و اختلالات رفتاری Duke-NUS نیز تأکید کرد:
BrainSTEM گامی مهم در مسیر مدل‌سازی مغز به‌شمار می‌رود. این روش داده‌محور و دقیق، روند توسعه درمان‌های سلولی قابل‌اعتماد برای بیماری پارکینسون را سرعت می‌بخشد و استاندارد تازه‌ای ایجاد می‌کند تا مدل‌های آینده مغز بیش از پیش با واقعیت زیستی انسان مطابقت داشته باشند.
منبعی آزاد برای جامعه علمی جهان
بر اساس اعلام تیم تحقیقاتی اطلس‌های مغزی تولیدشده در این پژوهش به‌صورت منبع باز (Open Source) در اختیار محققان سراسر جهان قرار خواهد گرفت. همچنین بسته نرم‌افزاری BrainSTEM به‌گونه‌ای طراحی شده که پژوهشگاه‌ها بتوانند آن را برای شناسایی هر نوع سلول در مغز به‌کار گیرند و فرآیند‌های تحقیقاتی خود را بهینه کنند.
تسریع در پژوهش‌های جهانی پارکینسون
پاتریک تن، معاون ارشد پژوهش در دانشکده Duke-NUS گفت: این مطالعه معیار تازه‌ای برای پژوهش‌های زیستی تعیین می‌کند. نقشه‌برداری چندلایه اکنون به ابزاری ضروری برای درک جزئیات سلولی در سامانه‌های پیچیده زیستی تبدیل شده است. با آشکار کردن نحوه رشد میان‌مغز انسان در این سطح از جزئیات می‌توانیم تحقیقات و درمان‌های مرتبط با پارکینسون را شتاب دهیم و امید تازه‌ای به بیماران ببخشیم.
انتهای پیام/