پژوهشی تازه، یکی از دیدگاه‌های دیرینه درباره چگونگی شکل‌گیری مغز را به چالش می‌کشد. بر اساس یافته‌های این مطالعه، مغز ممکن است نه از یک منشأ واحد، بلکه از دو جمعیت سلولی متمایز شکل گرفته باشد که در ادامه رشد به یکدیگر می‌پیوندند. نتایج این تحقیق که در ماه سپتامبر در نشریه نیچر نوروساینس منتشر
پژوهشی تازه، یکی از دیدگاه‌های دیرینه درباره چگونگی شکل‌گیری مغز را به چالش می‌کشد. بر اساس یافته‌های این مطالعه، مغز ممکن است نه از یک منشأ واحد، بلکه از دو جمعیت سلولی متمایز شکل گرفته باشد که در ادامه رشد به یکدیگر می‌پیوندند.
نتایج این تحقیق که در ماه سپتامبر در نشریه نیچر نوروساینس منتشر شد، علاوه بر به چالش کشیدن الگوهای پذیرفته‌شده درباره شکل‌گیری مغز، ممکن است توضیح دهد که چرا دانشمندان برای پرورش برخی انواع سلول‌های مغزی در محیط آزمایشگاه با مشکلات زیادی روبه‌رو بوده‌اند. پژوهشگران امیدوارند این یافته‌ها روش‌های تازه‌ای برای بررسی بیماری‌های مؤثر بر ساقه مغز، یعنی بخشی که مغز را به نخاع متصل می‌کند، در اختیار آن‌ها قرار دهد.
دو مسیر متفاوت در رشد مغز
مغز انسان از سه بخش اصلی تشکیل شده است که پیش‌مغز، میان‌مغز و پس‌مغز نام دارند. هر یک از این نواحی وظایف متفاوتی بر عهده دارند، اما عملکرد آن‌ها به‌شدت به یکدیگر وابسته است.
پیش‌مغز که نیم‌کره‌های مخ را در بر می‌گیرد، در فعالیت‌های شناختی پیشرفته مانند زبان، برنامه‌ریزی و تفکر انتزاعی نقش دارد. میان‌مغز، به‌عنوان بالاترین بخش ساقه مغز، ارتباط میان پیش‌مغز و پس‌مغز را برقرار می‌کند و یکی از مراکز اصلی انتقال اطلاعات حسی و کنترل حرکات به شمار می‌رود. پس‌مغز نیز بخش پایینی ساقه مغز و چند ساختار دیگر را شامل می‌شود و علاوه بر هماهنگی حرکات، در تنظیم عملکردهای حیاتی مانند تنفس، خواب و ضربان قلب نقش دارد.
بررسی پس‌مغز در گذشته با دشواری‌های زیادی همراه بوده است. یکی از دلایل اصلی این مشکل، ناتوانی نسبی پژوهشگران در تولید نورون‌های فعال و کارآمد پس‌مغزی در شرایط آزمایشگاهی به شمار می‌رود.
برای درک بهتر علت این مسئله، کایل لو و گروه پژوهشی او مراحل ابتدایی رشد جنین را در موش‌های آزمایشگاهی بررسی کردند. تمرکز آن‌ها بر فرایندی به نام گاسترولاسیون بود؛ مرحله‌ای از رشد که طی آن سلول‌ها سازمان‌دهی می‌شوند و ساختارهای اولیه تشکیل‌دهنده اندام‌های مختلف بدن را به وجود می‌آورند. پژوهشگران در این مرحله دو جمعیت متمایز از سلول‌های نابالغ را شناسایی کردند که بعدها بافت‌های دستگاه عصبی، از جمله مغز، از آن‌ها شکل می‌گیرد.
یکی از این جمعیت‌های سلولی، ژنی به نام Otx2 را بیان می‌کرد که در هدایت مراحل اولیه شکل‌گیری پیش‌مغز و میان‌مغز نقش دارد. جمعیت دوم نیز ژن Gbx2 را بیان می‌کرد؛ ژنی که در رشد میان‌مغز و پس‌مغز مشارکت دارد.
اگرچه عملکرد این دو ژن پیش‌تر برای دانشمندان شناخته‌شده بود، پژوهش جدید نشان داد که بیان آن‌ها در دو گروه سلولی جداگانه صورت می‌گیرد. نکته مهم‌تر اینکه این جمعیت‌ها در طول رشد و تبدیل شدن به بافت عصبی بالغ، هویت متمایز خود را حفظ کردند و با یکدیگر ادغام نشدند.
گروه تحقیق همچنین کروماتین را بررسی کرد؛ ساختاری مولکولی که دی‌ان‌ای را درون هسته سلول بسته‌بندی می‌کند و در تنظیم دسترسی سلول به ژن‌های مختلف نقش دارد. یافته‌ها نشان داد که دو جمعیت سلولی از آرایش‌های متفاوت کروماتین برخوردارند. این تفاوت نیز شواهد بیشتری در تأیید وجود دو مسیر مستقل برای رشد بخش‌های مختلف مغز فراهم کرد.
این کشف می‌تواند یکی از دلایل ناکامی تلاش‌های قبلی برای تولید نورون‌های پس‌مغزی در آزمایشگاه را روشن کند. رایان جوخای، دیگر نویسنده همکار پژوهش و دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه کایل لو، در بیانیه‌ای توضیح داد:
تلاش‌های قبلی برای تولید نورون‌های پس‌مغزی احتمالاً بر تبدیل سلول‌های پیش‌ساز پیش‌مغز و میان‌مغز به سلول‌های پس‌مغزی متمرکز بوده‌اند؛ درحالی‌که پژوهش ما نشان می‌دهد چنین تبدیلی امکان‌پذیر نیست.
اهمیت کشف جدید برای درمان بیماری‌های عصبی
پژوهشگران با استفاده از اطلاعات به‌دست‌آمده از آزمایش‌های خود توانستند سلول‌های بنیادی انسانی را به سمت تبدیل شدن به نورون‌های حرکتی فعال پس‌مغزی هدایت کنند. این نورون‌ها در کنترل حرکات بدن نقش دارند. به‌طور مشخص، سلول‌های تولیدشده پروتئین‌هایی را بیان کردند که از ویژگی‌های نواحی پس‌مغز به شمار می‌روند؛ نواحی‌ای که در کنترل عضلات صورت و ماهیچه‌های دخیل در بلع نقش دارند.
در چندین بیماری عصبی، از جمله آتروفی عضلانی نخاعی و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا بیماری ای‌ال‌اس، نورون‌های حرکتی به‌تدریج تخریب می‌شوند. در نتیجه، بیماران ممکن است توانایی بلعیدن، صحبت کردن و تنفس مستقل را از دست بدهند.
گروه پژوهشی قصد دارد در ادامه از این یافته‌ها برای مطالعه دقیق‌تر بیماری‌های عصبی و شناسایی روش‌های درمانی جدید استفاده کند.