بازسازی سیستم ناوبری بدن: دستاورد چشمگیر دانشمندان

مدل‌های سلول‌های بنیادی انسانی با وجود نوتوچورد

دانشمندان در مؤسسه فرانسیس کریک موفق به تولید مدل‌های سلول‌های بنیادی انسانی شده‌اند که برای اولین بار شامل نوتوچورد هستند. نوتوچورد بافتی در جنین در حال توسعه است که به عنوان یک سیستم ناوبری عمل می‌کند و به سلول‌ها می‌گوید کجا باید ستون فقرات و سیستم عصبی (بدن) را بسازند. این تحقیق که امروز در نشریه Nature منتشر شد، گامی مهم در توانایی ما برای مطالعه چگونگی شکل‌گیری بدن انسان در مراحل ابتدایی توسعه به شمار می‌آید.

نوتوچورد، بافتی میله‌ای شکل، بخش مهمی از اسکلت بدن در حال توسعه است. این بافت ویژگی مشخصه‌ای برای تمام حیوانات با ستون فقرات به شمار می‌رود و نقش حیاتی در سازماندهی بافت در جنین در حال توسعه ایفا می‌کند. با وجود اهمیت آن، پیچیدگی ساختار نوتوچورد باعث شده است که در مدل‌های قبلی رشد یافته در آزمایشگاه برای توسعه بدن انسان وجود نداشته باشد.

در این تحقیق، دانشمندان ابتدا جنین‌های مرغ را بررسی کردند تا بفهمند نوتوچورد به طور طبیعی چگونه شکل می‌گیرد. با مقایسه این اطلاعات با داده‌های موجود از جنین‌های موش و میمون، آن‌ها زمان و توالی سیگنال‌های مولکولی مورد نیاز برای ایجاد بافت نوتوچورد را تعیین کردند. با استفاده از این نقشه، آن‌ها توالی دقیقی از سیگنال‌های شیمیایی تولید کردند و از آن برای ترغیب سلول‌های بنیادی انسانی به تشکیل نوتوچورد استفاده کردند.

سلول‌های بنیادی ساختاری مینیاتوری شبیه به بدن را تشکیل دادند که به طور خودبه‌خود به طول ۱ تا ۲ میلی‌متر کشیده شد. این ساختار شامل بافت عصبی در حال توسعه و سلول‌های بنیادی استخوان بود که در الگویی منظم چیده شده بودند و توسعه را در جنین‌های انسانی منعکس می‌کرد.

نقش نوتوچورد در توسعه بافت‌های بدن

این تحقیق نشان می‌دهد که نوتوچورد به سلول‌ها کمک می‌کند تا در زمان و مکان مناسب به نوع صحیح بافت تبدیل شوند. دانشمندان بر این باورند که این موضوع می‌تواند به بررسی نقص‌های مادرزادی که بر روی ستون فقرات و نخاع تأثیر می‌گذارد، کمک کند. همچنین می‌تواند بینش‌هایی درباره شرایطی که بر روی دیسک‌های بین‌مهره‌ای تأثیر می‌گذارد، ارائه دهد. این دیسک‌ها که به عنوان بالشتک‌های ضربه‌گیر بین مهره‌ها عمل می‌کنند و از نوتوچورد توسعه می‌یابند، با گذشت زمان می‌توانند باعث درد کمر شوند.

جیمز بریسکو، رهبر گروه آزمایشگاه دینامیک‌های توسعه‌ای و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «نوتوچورد مانند یک GPS برای جنین در حال توسعه عمل می‌کند و به تعیین محور اصلی بدن کمک می‌کند و شکل‌گیری ستون فقرات و سیستم عصبی را هدایت می‌کند. تا کنون، تولید این بافت حیاتی در آزمایشگاه دشوار بوده است که این امر توانایی ما را برای مطالعه توسعه انسانی و اختلالات محدود کرده است. حالا که ما مدلی ایجاد کرده‌ایم که کار می‌کند، این امر درهای جدیدی را برای مطالعه شرایط توسعه‌ای که تا کنون اطلاعات کمی در مورد آن داشته‌ایم، باز می‌کند.»

تیگو ریتو، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه دینامیک‌های توسعه‌ای و نویسنده اول این مطالعه، گفت: «یافتن سیگنال‌های شیمیایی دقیق برای تولید نوتوچورد مانند پیدا کردن یک دستور پخت مناسب بود. تلاش‌های قبلی برای رشد نوتوچورد در آزمایشگاه ممکن است به دلیل عدم درک زمان‌بندی لازم برای افزودن مواد اولیه ناموفق بوده باشد.»

او ادامه داد: «آنچه به‌ویژه هیجان‌انگیز است این است که نوتوچورد در ساختارهای پرورش‌یافته در آزمایشگاه ما به نظر می‌رسد که به‌طور مشابهی عمل می‌کند که در یک جنین در حال توسعه عمل می‌کند. این نوتوچورد سیگنال‌های شیمیایی ارسال می‌کند که به سازماندهی بافت‌های اطراف کمک می‌کند، درست مانند آنچه که در توسعه طبیعی اتفاق می‌افتد.»