مغز انسان، یک عضو با ۲ منشأ سلولی متفاوت

با وجود سال‌ها پژوهش بر روی فرمانروای بدن، مغز انسان هنوز یکی از پیچیده‌ترین اندام‌های بدن است. این اندام حدود یک‌ونیم کیلوگرمی از ده‌ها میلیارد نورون تشکیل شده است؛ سلول‌هایی که با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و شبکه‌ای پیچیده را برای کنترل حرکت، پردازش حواس، فکر کردن و آگاهی می‌سازند. حالا پژوهشگران «دانشکده پزشکی دانشگاه استنفورد» (Stanford University School of Medicine) در مطالعه‌ای منتشر شده در مجله علمی «نیچر نوروساینس» (Nature Neuroscience)، به یافته‌ای رسیده‌اند که می‌تواند نگاه ما به چگونگی شکل‌گیری این اندام را تغییر دهد: بخش‌های مختلف مغز انسان از یک مسیر مشترک شکل نمی‌گیرند، بلکه بخش جلویی و بخش پشتی مغز از دو گروه متفاوت از سلول‌های اولیه به وجود می‌آیند.

این دو گروه سلولی از همان مراحل ابتدایی رشد جنین از یکدیگر جدا هستند و هرکدام مسیر متفاوتی را دنبال می‌کنند. یکی از آنها در ادامه به ساخت پیش‌مغز و میان‌مغز کمک می‌کند و گروه دیگر به سمت ساخت پس‌مغز می‌رود. به بیان ساده، تفاوت میان این بخش‌های مغز از همان زمانی آغاز می‌شود که مغز هنوز در مراحل اولیه شکل‌گیری است؛ نه اینکه همه قسمت‌های آن ابتدا از یک گروه سلولی مشترک ساخته شوند و بعد از یکدیگر متفاوت شوند.

در همین زمینه، آناتک با دکتر «کایل لو» (Dr. Kyle Loh)؛ دانشیار زیست‌شناسی تکوینی دانشگاه استنفورد، پژوهشگر حوزه سلول‌های بنیادی و تکوین بافت‌های انسانی، یکی از پژوهشگران این مطالعه و برنده جایزه «اثرگذاری پژوهشگران در ابتدای مسیر حرفه‌ای» انجمن بین‌المللی پژوهش سلول‌های بنیادی در سال ۲۰۲۶ (ISSCR) است. درباره چگونگی شکل‌گیری بخش‌های مختلف مغز، تفاوت مسیر رشد سلول‌های اولیه مغزی و اهمیت این یافته‌ها برای مطالعه بیماری‌های عصبی گفت‌وگو کرده است.

برای درک اهمیت این یافته، باید بدانیم مغز از سه بخش اصلی تشکیل شده است: پیش‌مغز، میان‌مغز و پس‌مغز. پیش‌مغز در عملکردهایی مانند فکر کردن، زبان و آگاهی نقش دارد. پس‌مغز نیز بسیاری از فعالیت‌های ضروری و خودکار بدن، مانند تنفس، خواب و تنظیم ضربان قلب را کنترل می‌کند و در حرکت ماهیچه‌های صورت، زبان و گلو نیز نقش دارد؛ بنابراین برای صحبت کردن و بلع اهمیت دارد.

پژوهشگران برای بررسی این تفاوت، مراحل اولیه شکل‌گیری مغز را مطالعه کردند؛ زمانی که سلول‌های اولیه هنوز به انواع مشخص سلول‌های مغزی تبدیل نشده‌اند. آنها دریافتند که دو گروه از این سلول‌ها از همان ابتدا ویژگی‌ها و مسیرهای متفاوتی دارند. این تفاوت به دانشمندان کمک کرد بفهمند چرا ساخت برخی سلول‌های مغزی در آزمایشگاه دشوار بوده است.

پژوهشگران سپس از این اطلاعات برای ساخت سلول‌های پس‌مغز در آزمایشگاه استفاده کردند. آنها از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی کمک گرفتند؛ سلول‌هایی که در شرایط مناسب می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های بدن تبدیل شوند. دانشمندان با تقلید از مسیر طبیعی رشد جنین، این سلول‌ها را به سمت تبدیل شدن به سلول‌های عصبی پس‌مغز هدایت کردند. سلول‌های به‌دست‌آمده نیز ویژگی‌های سلول‌های پس‌مغز را نشان دادند و توانستند فعالیت عصبی داشته باشند.

دانشمندان برای مطالعه بیماری‌های مغزی به سلول‌های عصبی نیاز دارند، اما نمی‌توان این سلول‌ها را به‌سادگی از مغز یک بیمار زنده خارج کرد. حالا پژوهشگران می‌توانند سلول‌های مشابه را در آزمایشگاه بسازند و آنها را در شرایط کنترل‌شده بررسی کنند. این روش می‌تواند برای مطالعه بیماری‌هایی مانند «آتروفی عضلانی نخاعی» (SMA) و «اسکلروز جانبی آمیوتروفیک» (ALS) اهمیت ویژه‌ای داشته باشد. در این بیماری‌ها، سلول‌های عصبی کنترل‌کننده حرکت آسیب می‌بینند و فرد ممکن است به‌تدریج در حرکت، صحبت کردن، بلع یا تنفس دچار مشکل شود. ساخت سلول‌های پس‌مغز در آزمایشگاه می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بفهمند این سلول‌ها چگونه آسیب می‌بینند و درمان‌های احتمالی را روی آنها آزمایش کنند.

پژوهشگران همچنین شکل‌گیری دستگاه عصبی را در چند گونه جانوری، از جمله مرغ و ماهی گورخری، بررسی کردند و الگوی مشابهی در آنها دیدند. بر اساس این شباهت‌ها، آنها این احتمال را مطرح می‌کنند که در گذشته‌های بسیار دور، دو سامانه عصبی جداگانه در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و در شکل‌گیری ساختار مغز امروزی نقش داشته‌اند. با این حال، این توضیح همچنان یک فرضیه است و برای بررسی دقیق‌تر آن به پژوهش‌های بیشتری نیاز دارد.

در ادامه، توضيحات دکتر لو را می‌خوانید.

پژوهش شما نشان می‌دهد که دو بخش اصلی مغز در حال رشد، از دو گروه متفاوت از سلول‌های اولیه شکل می‌گیرند. این یافته چه چیزی بیشتر از همه شما را شگفت‌زده کرد؟

مغز در ظاهر یک اندام واحد است. بااین‌حال، ما دریافتیم که بخش جلویی مغز و بخش پشتی مغز از دو منشأ متفاوت شکل می‌گیرند؛ این دو بخش در ادامه در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و در نهایت ظاهری شبیه به یک اندام واحد ایجاد می‌کنند.

برای مثال، یک گوشی هوشمند از قطعات مختلفی ساخته می‌شود که ممکن است از کشور‌های مختلف آمده باشند، اما در نهایت همه این قطعات در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یک گوشی هوشمند واحد را می‌سازند. جالب اینجاست که اندام‌های دیگری مانند قلب نیز از چند منشأ متفاوت شکل می‌گیرند و سپس این بخش‌ها در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا یک اندام واحد را تشکیل دهند.

آیا این کشف می‌تواند به ما کمک کند بفهمیم چرا ساخت بعضی سلول‌های مغزی در آزمایشگاه دشوار است و با ساخت این سلول‌ها چه چیزهای جدیدی درباره مغز و بیماری‌های آن می‌توانیم یاد بگیریم؟

بله. برای ایجاد یک نوع خاص از سلول مغزی در یک ظرف آزمایشگاهی، ابتدا باید بدانیم این سلول به‌طور طبیعی چگونه در بدن انسان ساخته می‌شود. با درک چگونگی شکل‌گیری طبیعی نیمه پشتی مغز، یعنی «پس‌مغز» (hindbrain)، در بدن، توانستیم سلول‌های پس‌مغز را از سلول‌های بنیادی در یک ظرف آزمایشگاهی ایجاد کنیم.

قسمت پشتی مغز، یا «پس‌مغز»، در عملکردهایی مثل تنفس، گرسنگی، خواب و هوشیاری نقش دارد. آیا ساخت این سلول‌ها در آزمایشگاه می‌تواند به شناخت بهتر این بخش از مغز و بیماری‌های مرتبط با آن کمک کند؟

این موضوع هیجان‌انگیز است، زیرا پس‌مغز عملکرد‌های حیاتی و ضروری برای ادامه حیات، از جمله تنفس، گرسنگی، خواب، بیداری و هوشیاری را کنترل می‌کند. توانایی ایجاد سلول‌های پس‌مغز انسانی در یک ظرف آزمایشگاهی می‌تواند به ما کمک کند تا درباره نحوه عملکرد پس‌مغز و همچنین چگونگی مورد حمله قرار گرفتن آن توسط بیماری‌های مختلف و مرگبار، اطلاعات بیشتری به دست آوریم.

آیا این سلول‌های تولیدشده در آزمایشگاه می‌توانند به شناخت بهتر بیماری‌هایی مانند ALS و آتروفی عضلانی نخاعی کمک کنند؟

هر دو بیماری «اسکلروز جانبی آمیوتروفیک» (ALS) و «آتروفی عضلانی نخاعی» (SMA) بیماری‌هایی مرگبار هستند. به‌ویژه، آتروفی عضلانی نخاعی، مهم‌ترین علت ژنتیکی مرگ در نوزادان زیر یک سال است.

هر دو بیماری، نورون‌های حرکتی پس‌مغز را که ماهیچه‌های دخیل در خوردن، بلع و صحبت کردن را کنترل می‌کنند، از بین می‌برند. ما نمی‌توانیم نورون‌های حرکتی زنده را از پس‌مغز یک بیمار نمونه‌برداری کنیم تا مستقیماً مشاهده کنیم که این بیماری‌ها چگونه به این نورون‌ها حمله می‌کنند.

پرورش این نورون‌های حرکتی پس‌مغز در یک ظرف آزمایشگاهی، راهی در اختیار ما قرار می‌دهد تا این فرایند را بررسی کنیم. امیدواریم بتوانیم بررسی کنیم که اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، آتروفی عضلانی نخاعی و سایر بیماری‌ها چگونه بر نورون‌های حرکتی پس‌مغز انسان اثر می‌گذارند؛ با این امید که از این سامانه برای شناسایی و آزمایش درمان‌های احتمالی استفاده کنیم.

پس از این کشف، مهم‌ترین پرسش بی‌پاسخ درباره چگونگی رشد مغز انسان که دوست دارید در ادامه بررسی کنید چیست؟

ما امیدواریم اطلاعات بیشتری درباره چگونگی شکل‌گیری مغز  به دست آوریم. در انسان، موش و دیگر جانوران، دو بخش مغز در کنار یکدیگر رشد می‌کنند، با اینکه از منشأ‌های متفاوتی به وجود می‌آیند.

بااین‌حال، دانشمندان می‌دانند که عروس‌های دریایی در دو انتهای بدن خود، دو حلقه عصبی جداگانه دارند. گمان ما این است که در مراحل اولیه شکل‌گیری، شاید «نقشه یا طرح بزرگی» برای ایجاد یک مغز واحد وجود نداشته است؛ بلکه احتمالاً دو دستگاه عصبی جداگانه شکل گرفته‌اند. در ادامه، ممکن است این دو دستگاه عصبی به یکدیگر نزدیک و در کنار هم قرار گرفته باشند و در نهایت، ظاهر یک مغز یکپارچه را ایجاد کرده باشند.

مهم است تأکید کنیم که این موضوع تنها یک ایده و فرضیه است و ممکن است با افزایش دانش دانشمندان درباره این فرایند، تغییر کند.