با استفاده از سلول های بنیادی انسان، محققان مدل سه‌بعدی مغز را برای مطالعه جهش ها در ارتباط با اسکیزوفرنی، اختلال دوقطبی و افسردگی ایجاد کردند.
محققان با استفاده از ابزارهای ویرایش ژن و ریز اندامک‌های رشد یافته در آزمایشگاه ،قادر به بررسی اثرات جهش‌های ژن DISC1 در ارگانوییدهای مغزی – “مینی مغز” (اندامهای مینیاتوری شبیه مغز که توسط کشت سلولهای بنیادی انسانی در یک بیورئاکتور سه بعدی ایجاد شده و رشد می‌کند).
بیماری‌های روانی عمده مانند اسکیزوفرنی، افسردگی شدید و اختلال دوقطبی دارای پیوند ژنتیکی مشترک هستند. مطالعات در خانواده های خاصی که سابقه این نوع بیماری ها را دارند آشکار کرده است که اعضای خانواده که تحت تاثیر بیماری قرار گرفته اند، همگی جهشی در ژن DISC1 دارند. در حالی که محققان قادر به مطالعه اینکه چگونه جهش های DISC1 مغز را در هنگام رشد در مدل های حیوانی تغییر می دهند شده اند، اما همچنان یافتن ابزاری مناسب برای مطالعه تغییرات در انسان ها دشوار است. با این حال، پیشرفت ها در مهندسی سلول های بنیادی انسان اکنون به محققان اجازه می دهد که قادر به رشد اندام های کوچک در آزمایشگاه ها باشند و ابزارهای ویرایش ژنی را می توان برای قرار دادن جهش هایی خاص در این سلول ها استفاده کرد.
مقاله‌ی مرتبط: اسکن‌های مغزی زیرنوع‌های اسکیزوفرنی را نشان می‌دهند
محققان بریگهام و بیمارستان زنان از این فناوری های جدید برای بررسی اثرات جهش‌های DISC1 در ارگانوییدهای مغز – “مینی‌مغز” -که از سلولهای بنیادی انسانی کشت یافته‌اند استفاده کردند. نتایج آنها در Translational Psychiatry منتشر شده است.
محقق ارشد گروه، دکتر تریسی یانگ پیرس، سرپرست آزمایشگاه یانگ پیرس در مرکز بیماری‌های عصبی آن رامنی در BWH، می‌گوید:
مینی مغز ها میتوانند در پیشرفت مدل‌های مغزی به ما کمک کنند. در مقایسه با روش های سنتی که به ما اجازه می داد که سلولهای انسانی را در محیط کشت تنها در دو بعد بررسی کنیم، این نوع کشت ها به ما اجازه بررسی ساختار و عملکرد سلول ها را در سه بعد آن هم در حال رشد می‌دهد و به ما اطلاعات بیشتری نسبت به آنچه با روشهای سنتی کشت سلولی به دست می اوردیم می دهد.
محققان سلولهای بنیادی پرتوان القایی انسان (iPSCs) را برای ایجاد مینی مغز سه بعدی جهت مطالعه کشت کردند. با استفاده از ابزار ویرایشگر ژنی کریسپر (CRISPR-Cas9)، آنها DISC1 را مختل کردند، درست همان جهشی که در مطالعات خانواده‌های مبتلا به این بیماری ها دیده شده بود. این تیم مغزهای مینیاتوری را که از سلول های بنیادی با و یا بدون این جهش خاص رشد کردند، مقایسه کرد.
مقاله‌ی مرتبط: پتانسیل درمانی فوق‌العاده که در مواد روان‌گردان نهفته است!
مینی‌مغزها با جهش DISC1 اختلالات و شکستگی‌های ساختاری قابل توجهی را نسبت به ارگانوییدهایی نشان دادند که DISC1 در آنها سالم و دست نخورده بود. مخصوصاً، فضاهای پر از مایع، که با نام بطن‌ها آنان را می شناسیم، در مینی مغز DISC1 جهش یافته فراوانتر و کوچک تر از موارد گواه بود، به این معنی که درحالی که سلول های مورد انتظار در جهش DISC1 وجود دارند، اما در مکان های مورد انتظار خود نیستند.
جهش DISC1 مینی مغزها نیز نشان دهنده افزایش قابل توجه سیگنال‌ها در مسیر WNT، مسیری که آن رابه عنوان ارزیاب و الگوبردارنده اندمها می‌شناسیم و یکی از مسیرهایی است که در اختلال دوقطبی محتل می شود.. با افزودن مهار کننده مسیر WNT به مینی مغز دارای جهش DISC1 رشد یافته، محققان قادر به “نجات” آنها بودند – به جای اینکه تغییرات ساختاری را متحمل شوند انها شبیه به مینی مغزهایی شدند که از سلول های بنیادی طبیعی پرورش یافته بودند. این نشان می دهد که مسیر WNT ممکن است مسئول اختلال ساختاری مشاهده شده در جهش های DISC1 بوده و می‌تواند مسیر اهداف بالقوه برای درمان های آینده باشد.
با تولید ارگانویید های مغزی از سلولهای پرتوان القایی، می‌توانیم این آزمایشات را به دقت کنترل کنیم. ما می‌دانیم که هر گونه تفاوتی که مشاهده می‌کنیم به دلیل جهش DISC1 است که آن را معرفی کردیم. با نگاه کردن به اینکه چگونه جهش های DISC1 باعث اختلال در مورفولوژی و بیان ژن ارگانوییدهای مغزی می شوند، ما بر ارتباط بین جهش DISC1 و بیماری‌های روانی عمده پافشاری و تاکید می‌کنیم و شواهد جدیدی را برای بررسی این رابطه تهیه خواهیم کرد.
