دانشمندان دانشگاه استنفورد روشی تازه برای مطالعهی بیماریهای مغزی انسان توسعه دادهاند که در آن بخشی از قشر مغز موش با بافت عصبی رشدیافته از سلولهای انسانی جایگزین میشود. این موشها نه «مغز انسانی» دارند و نه مانند انسان فکر میکنند، اما سلولهای انسانی در مغزشان زنده میمانند، رشد میکنند و با مدارهای عصبی حیوان ارتباط برقرار میکنند.
هدف اصلی پژوهش، ساخت مدلی آزمایشگاهی برای بیماریهایی است که بررسی آنها در موشهای معمولی دشوار یا حتی غیرممکن است. بسیاری از اختلالات روانپزشکی و رشد عصبی در انسان ویژگیهایی دارند که در جوندگان به همان شکل دیده نمیشود و همین موضوع باعث میشود نتایج موفق در مدلهای حیوانی، همیشه در آزمایشهای انسانی تکرار نشوند.
سرجیو پاسکا، عصبشناس دانشگاه استنفورد و پژوهشگر ارشد مطالعه، میگوید روانپزشکی یکی از حوزههایی است که نرخ موفقیت پایینی در کارآزماییهای بالینی دارد. به گفتهی او، حتی داروهایی که در مدلهای حیوانی امیدوارکننده به نظر میرسند، ممکن است هنگام آزمایش روی انسان کاملاً شکست بخورند زیرا مدلهای فعلی هنوز بسیاری از ویژگیهای زیستشناسی مغز انسان را بازتاب نمیدهند.
پژوهشگران برای حل بخشی از مشکل، ابتدا موشها را از نظر ژنتیکی طوری تغییر دادند که بخش بزرگی از قشر مغزشان بهطور طبیعی رشد نکند. قشر مغز، همان لایهی بیرونی مغز است که در عملکردهایی مانند حافظه، پردازش اطلاعات حسی و برخی فعالیتهای شناختی نقش دارد.
سلولهای انسانی پس از پیوند رشد کردند و با بخشهای دیگر مغز و نخاع موش ارتباط برقرار کردند
در مرحلهی بعد، دانشمندان از سلولهای پوستی انسان استفاده کردند و آنها را دوباره برنامهریزی کردند تا به بافتهایی شبیه مغز تبدیل شوند. این ساختارها که «ارگانوئید مغزی» نام دارند، مغز کامل نیستند؛ بلکه مجموعهای سازمانیافته از سلولهای عصبی زندهاند که میتوانند برخی ویژگیهای بافت مغز را تقلید کنند.
ارگانوئیدهای مغزی انسانی سپس در مغز موشها کاشته شدند. پس از پیوند، سلولهای انسانی شروع به رشد و تقسیم کردند و بهتدریج با مدارهای عصبی موجود در مغز و حتی نخاع موش ارتباط برقرار کردند.
اسکنهای مغزی نشان داد که بافت انسانی صرفاً بهشکل تودهای جداگانه در مغز باقی نمانده و اتصالات عصبی واقعی با بخشهای دیگر سیستم عصبی حیوان تشکیل داده است. همین ویژگی است که مدل جدید را از بسیاری از روشهای آزمایشگاهی قبلی متمایز میکند.
بااینحال ساختار ایجادشده کاملاً مشابه قشر طبیعی مغز نبود. قشر سالم معمولاً از لایههایی منظم و مشخص تشکیل شده است، درحالیکه بافت ترکیبی ایجادشده در موشها ساختار نامنظمتری داشت.
ایلاری آلودی، عصبشناس دانشگاه سنتاندروز که در پژوهش مشارکت نداشت، ظاهر اسکنهای این مغزها را تا حدی «نامرتب» توصیف میکند. بااینحال پس از گذشت چند ماه، سلولهای انسانی از نظر شکل و عملکرد بیشتر به سلولهای قشر مغز شباهت پیدا کردند.
به نوشته بیبیسی، یکی از یافتههای مهم پژوهش این بود که برخی انواع سلولی که معمولاً فقط در مغز انسان و دیگر نخستیسانان دیده میشوند و در مغز موش وجود ندارند، بهطور خودکار در بافت پیوندشده شکل گرفتند.
موشها در آزمایشهای رفتاری عمدتاً مانند موشهای عادی عمل کردند و نشانهای از توانایی شناختی شبیه انسان نشان ندادند
به گفتهی آلودی، این موضوع نشان میدهد سلولهای انسانی حتی در بدن موش نیز بخشی از «برنامهی رشد انسانی» خود را حفظ میکنند. او این وضعیت را به استفاده از بدن موش بهعنوان نوعی محیط رشد یا انکوباتور تشبیه میکند.
حدود شش ماه پس از جراحی، پژوهشگران رفتار موشها را نیز بررسی کردند. حیوانات در آزمایشهای سادهی حرکتی و رفتاری تا حد زیادی مانند موشهای معمولی عمل کردند و دانشمندان نشانهای از افزایش تواناییهای شناختی یا رفتاری غیرعادی در آنها مشاهده نکردند.
پاسکا تأکید میکند که این حیوانات توانایی اضافهای پیدا نکردهاند. پژوهشگران همچنین میگویند هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد موشها بهدلیل وجود سلولهای انسانی، توانایی فکرکردن به شیوهای شبیه انسان پیدا کرده باشند.
سارا چان، متخصص اخلاق زیستی در دانشگاه ادینبرو، که در مطالعه مشارکت نداشت، نیز میگوید نتایج پژوهش را نباید به معنای ساخت «مغز انسانی در بدن موش» دانست. بااینحال، به باور او، چنین آزمایشهایی پرسشهای اخلاقی مهمی دربارهی تغییر تواناییهای شناختی حیوانات مطرح میکنند.
یکی از این پرسشها این است که چگونه میتوان تجربهی ذهنی حیوانی را ارزیابی کرد که بخشی از بافت مغزش منشأ انسانی دارد. اگر این نوع بافت در آینده پیچیدهتر شود یا عملکرد بیشتری بر رفتار حیوان بگذارد، ممکن است لازم باشد معیارهای رفاهی و اخلاقی آزمایشهای حیوانی نیز بازنگری شوند.
پژوهشگران میگویند تمام مراحل مطالعه تحت نظارت مستقل اخلاقی انجام شده و این موشها نیز براساس دستورالعملهای سختگیرانهی رفاه حیوانات پرورش یافتهاند.
کاربرد اصلی چنین مدلهایی احتمالاً به چند حوزهی مشخص محدود خواهد شد. پژوهشگران استنفورد معتقدند این روش میتواند برای بررسی بیماریهایی مانند صرع، اوتیسم و فلج مغزی مفید باشد که مطالعهی مستقیم سازوکارهای آنها در مغز انسان بسیار دشوار است.
پاسکا میگوید مزیت اصلی مدل جدید این است که پژوهشگران میتوانند برخی از ویژگیهای عملکرد مغز انسان را درون یک سیستم عصبی زنده بررسی کنند؛ کاری که با سلولهای رشدیافته در ظرف آزمایشگاهی بهتنهایی امکانپذیر نیست.
پژوهشگران امیدوارند از این مدل برای مطالعه اختلالاتی مانند اوتیسم، صرع و فلج مغزی استفاده کنند
البته همهی دانشمندان دربارهی میزان کاربرد این مدل خوشبین نیستند. جیمز اینج، عصبشناس دانشگاه سنتاندروز، معتقد است با وجود پیچیدگی فنی پژوهش، استفادهی عملی از چنین موشهایی ممکن است محدود باقی بماند. او میگوید یکی از مهمترین محدودیتهای این روش، پرسشهای اخلاقی آن است؛ از جمله اینکه رشد بافت زندهی مغز انسان در بدن یک حیوان چه اثری بر وضعیت و تجربهی آن حیوان دارد و تا کجا میتوان چنین آزمایشهایی را از نظر اخلاقی قابلقبول دانست.
بااینحال پژوهشگران علوم اعصاب سالهاست با مشکلی اساسی روبهرو هستند: آنها میخواهند بیماریهای مغز انسان را مطالعه کنند، اما ابزارهای اصلیشان یا حیواناتی مانند موش هستند که مغزشان تفاوتهای مهمی با انسان دارد، یا سلولهایی که بیرون از بدن رشد داده میشوند و بخش زیادی از پیچیدگی یک مغز زنده را ندارند.
مدل جدید تلاش میکند فاصلهی میان این دو را کمتر کند؛ بافت انسانی در محیط زندهی مغز موش رشد میکند، بدون اینکه خود حیوان به «موجودی با مغز انسانی» تبدیل شود. پژوهشگران امیدوارند همین ترکیب بتواند راه تازهای برای مطالعهی زیستشناسی برخی بیماریهای مغزی و آزمایش درمانهایی باز کند که مدلهای حیوانی معمول تاکنون در پیشبینی اثر آنها بر انسان چندان موفق نبودهاند.
