آکسولوتل‌ها می‌توانند مغز خود را بازسازی کنند

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، در سال ۱۹۶۴، پژوهشگران مشاهده کردند  آکسولوتل‌های بالغ می‌توانند بخش‌هایی از مغز خود را بازسازی کنند، حتی اگر بخش بزرگی به طور کامل برداشته شود. اما یک مطالعه نشان داد که بازسازی مغز آکسولوتل توانایی محدودی برای بازسازی ساختار بافت اصلی دارد.

پژوهشگر اصلی مطالعه می‌گوید: به عنوان پژوهشی که در حال مطالعه فرایند بازسازی در سطح سلولی است، من و همکارانم در آزمایشگاه تروتلین در ETH زوریخ و آزمایشگاه تاناکا در مؤسسه آسیب شناسی مولکولی در وین به این فکر کردیم که آیا آکسولوتل‌ها می توانند تمام انواع سلول‌های مختلف را در مغزشان بازسازی کنند، از جمله ارتباطاتی که یک ناحیه مغز را به ناحیه دیگر متصل می‌کند.

در مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شد، ما اطلسی از سلول‌هایی ایجاد کردیم که بخشی از مغز آکسولوتل را تشکیل می‌دهند، که هم نحوه بازسازی و هم تکامل مغز در گونه‌ها را پرده برداری می‌کند.

انواع سلول‌های مختلف عملکرد‌های متفاوتی دارند. آن‌ها می‌توانند در نقش‌های خاصی تخصص پیدا کنند، زیرا هر کدام ژن‌های متفاوتی را بیان می‌کنند. درک اینکه چه نوع سلولی در مغز وجود دارد و چه کاری انجام می‌دهد به روشن شدن تصویر کلی از نحوه عملکرد مغز کمک می‌کند. همچنین به محققان اجازه می‌دهد تا در سراسر تکامل مقایسه انجام دهند و سعی کنند روند‌های بیولوژیکی را در بین گونه‌ها بیابند.

یکی از راه‌های فهمیدن اینکه کدام سلول‌ها کدام ژن را بیان می‌کنند، استفاده از تکنیکی به نام توالی یابی RNA تک سلولی (scRNA-seq) است. این ابزار به محققان اجازه می‌دهد تا تعداد ژن‌های فعال در هر سلول از یک نمونه خاص را بشمارند. این یک تصویر فوری از فعالیت‌های هر سلول ارائه می‌دهد.

این ابزار در درک انواع سلول‌های موجود در مغز حیوانات مفید بوده است. دانشمندان از scRNA-seq در ماهی ها، خزندگان، موش‌ها و حتی انسان‌ها استفاده کرده اند. اما یک قطعه اصلی از پازل تکامل مغز گم شده است: دوزیستان.

 تیم ما تصمیم گرفت روی تلانسفالن آکسولوتل تمرکز کند. در انسان، تلانسفالون بزرگترین بخش مغز است و شامل ناحیه هایی به نام نئوکورتکس است که نقش کلیدی در رفتار و شناخت حیوانات دارد.

در طول تکامل‌های اخیر، اندازه نئوکورتکس در مقایسه با سایر نواحی مغز به شدت افزایش یافته است. به طور مشابه، انواع سلول‌هایی که به طور کلی تلانسفالن را تشکیل می‌دهند، در طول زمان به شدت متنوع شده اند و پیچیدگی بیشتری پیدا کرده اند و این منطقه را به منطقه‌ای جذاب برای مطالعه تبدیل کرده است.

ما از scRNA-seq برای شناسایی انواع مختلف سلول‌هایی که آکسولوتل تلنسفالون را میسازند، از جمله انواع مختلف نورون‌ها و سلول‌های پیش ساز، یا سلول‌هایی که می‌توانند به تعداد بیشتری از خودشان تقسیم شوند یا به انواع سلول‌های دیگر تبدیل شوند، استفاده کردیم.

ما شناسایی کردیم وقتی سلول‌های پیش ساز به نورون تبدیل می شوند، چه ژن‌هایی فعال هستند، و دریافتیم که بسیاری از آن‌ها قبل از تبدیل شدن به نورون‌های بالغ، از یک نوع سلول میانی به نام نوروبلاست - که قبلاً وجود آن در آکسولوتل ناشناخته بود - عبور می کنند.

سپس بازسازی مغز آکسولوتل را با برداشتن یک بخش از تلانسفالون آن‌ها بررسی کردیم با استفاده از یک روش تخصصی scRNA-seq، ما توانستیم تمام سلول‌های جدید را در مراحل مختلف بازسازی، از یک تا ۱۲ هفته پس از آسیب، ضبط و توالی یابی کنیم. در نهایت، دریافتیم  تمام انواع سلول‌هایی که حذف شده بودند، به طور کامل بازسازی شده اند.

ما مشاهده کردیم که بازسازی مغز در سه مرحله اصلی اتفاق می‌افتد. مرحله اول با افزایش سریع تعداد سلول‌های پیش ساز شروع می‌شود و بخش کوچکی از این سلول‌ها فرآیند بهبود زخم را فعال می‌کنند. در فاز دو، سلول‌های پیش ساز شروع به تمایز به نوروبلاست می‌کنند. در نهایت، در فاز سه، نوروبلاست‌ها به همان نوع نورون‌هایی که در ابتدا از بین رفته بودند، تمایز می‌یابند.

به طور شگفت انگیزی، ما همچنین مشاهده کردیم که اتصالات عصبی قطع شده بین ناحیه برداشته شده و سایر نواحی مغز دوباره به هم متصل شده است. این برقراری ارتباط مجدد نشان می‌دهد که منطقه بازسازی شده نیز عملکرد اولیه خود را بازیافته است.

افزودن دوزیستان به پازل تکاملی به محققان این امکان را میدهد تا چگونگی تغییر مغز و انواع سلول‌های آن در طول زمان و همچنین مکانیسم‌های بازسازی را استنباط کنند.

وقتی داده‌های اکسولوتل خود را با گونه‌های دیگر مقایسه کردیم، متوجه شدیم که سلول‌های تلانسفالن آن‌ها شباهت زیادی به هیپوکامپ پستانداران، ناحیه‌ای از مغز که در شکل گیری حافظه نقش دارد و قشر بویایی، ناحیه‌ای از مغز که در سیگنال‌های حس بویایی عمل می‌کند، نشان میدهند.

ما حتی برخی از شباهت‌ها را در یک نوع سلول آکسولوتل به نئوکورتکس، ناحیه‌ای از مغز که برای ادراک، تفکر و استدلال فضایی در انسان‌ها شناخته میشود، یافتیم.

این شباهت‌ها نشان می‌دهد که این نواحی از مغز ممکن است از نظر تکاملی حفظ شده باشند، یا در طول تکامل قابل مقایسه باشند، و نئوکورتکس پستانداران ممکن است یک نوع سلول اجدادی در تلانسفالن دوزیستان داشته باشد.

در حالی که مطالعه ما روند بازسازی مغز را روشن میکند، از جمله اینکه کدام ژن‌ها درگیر هستند و چگونه سلول‌ها در نهایت به نورون تبدیل می‌شوند، ما هنوز نمی‌دانیم چه سیگنال‌های خارجی این فرآیند را آغاز میکنند. علاوه بر این، ما نمی‌دانیم که آیا فرآیند‌هایی که شناسایی کردیم هنوز برای حیواناتی که بعداً در زمان تکامل یافته اند، مانند موش یا انسان قابل تعمیم است یا خیر.

اما ما معمای تکامل مغز را به تنهایی رفع نمی‌کنیم. آزمایشگاه Tosches در دانشگاه کلمبیا تنوع انواع سلولی را در گونه دیگری از سمندر، Pleurodeles waltl بررسی کرد، در حالی که آزمایشگاه Fei در آکادمی علوم پزشکی گوانگدونگ در چین و همکاران در شرکت علوم زیستی BGI به بررسی نحوه چیدمان فضایی انواع سلولی در قسمت جلویی مغز آکسولوتل‌ها پرداختند.

شناسایی تمام انواع سلول‌ها در مغز آکسولوتل همچنین به هموار کردن راه برای تحقیقات نوآورانه در پزشکی بازساختی کمک می‌کند. مغز موش‌ها و انسان‌ها تا حد زیادی توانایی خود را برای ترمیم یا بازسازی خود از دست داده است. مداخلات پزشکی برای آسیب‌های شدید مغزی در حال حاضر بر درمان‌های دارویی و سلول‌های بنیادی برای تقویت یا ارتقای فرایند ترمیم تمرکز دارند.

بررسی ژن‌ها و انواع سلول‌هایی که به آکسولوتل‌ها اجازه می‌دهند تا بازسازی تقریباً کاملی را انجام دهند، ممکن است کلید بهبود درمان آسیب‌های شدید و گشودن پتانسیل بازسازی کامل در انسان باشد.