ابتكر باحثون أول أنسجة دماغية وظيفية مطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكنها تطوير وتشكيل الروابط بنفس طريقة أنسجة المخ البشرية الحقيقية.
يوفر هذا الإنجاز الرائع الذي حققه فريق من جامعة ويسكونسن ماديسون لعلماء الأعصاب أداة جديدة لدراسة الاتصال بين خلايا الدماغ وأجزاء أخرى من الدماغ البشري، ما قد يؤدي إلى طرق أفضل لعلاج أمراض مثل ألزهايمر ومرض باركنسون.
ومن أجل المزيد من التوضيح، قال عالم الأعصاب سو تشون تشانغ المؤلف الرئيسي لورقة جديدة تصف البحث «يمكن أن يغير الطريقة التي ننظر بها إلى بيولوجيا الخلايا الجذعية، وعلم الأعصاب، والتسبب في العديد من الاضطرابات العصبية والنفسية». وذلك وفق ما نقل موقع «ساينس إليرت» عن مجلة «Cell Stem Cell» العلمية.
وأفاد تشانغ وفريقه بأن العديد من المختبرات يجب أن تكون قادرة على استخدام طريقتهم الجديدة لأنها لا تحتاج إلى معدات خاصة للطباعة الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، من السهل الحفاظ على صحة الأنسجة ويمكن دراستها باستخدام المجاهر وغيرها من المعدات الموجودة عادة في معظم المختبرات.
إن الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد عملية موجهة بالكمبيوتر تبني طبقات من المواد، والخلايا، وغير ذلك من المكونات اللازمة لبناء الهياكل الحية؛ فهي تتمتع بإمكانات هائلة لإنشاء أنسجة تتكاثر، بل وتحل محل الأنسجة الحقيقية في بعض الحالات.
ويضيف تشانغ «نظرًا لأننا نستطيع طباعة الأنسجة حسب التصميم، فيمكن أن يكون لدينا نظام محدد للنظر في كيفية عمل شبكة الدماغ البشري لدينا. يمكننا أن ننظر بشكل محدد للغاية في كيفية تواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض في ظل ظروف معينة».
ولفهم شبكات الدماغ البشري لدراسة الصحة والأمراض، نحتاج إلى نموذج موثوق للأنسجة العصبية البشرية الحية، كما يوضح الباحثون. وقالوا «لأن النماذج الحيوانية لا يمكنها تكرار تعقيد الدماغ بشكل كامل. لكن من الصعب طباعة أنسجة دماغية بشرية وظيفية. لكن حتى الآن تفتقر معظم الأنسجة المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى الروابط المناسبة بين الخلايا. لذا يجب أن تكون الخلايا العصبية قادرة على النضج مع الحفاظ على بنية الأنسجة سليمة، كما أن الخلايا الداعمة مثل الخلايا النجمية ضرورية لكي تعمل الأنسجة بشكل صحيح».
جدير بالذكر، استخدمت المحاولات السابقة سقالات غير قابلة للتحلل الحيوي تمنع الخلايا العصبية من الهجرة بسهولة؛ فبدلًا من الطبقات العمودية المعتادة، استخدم الفريق طبقات أفقية من الخلايا العصبية المستمدة من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات، والتي تم وضعها في هلام (الحبر الحيوي) الأكثر ليونة من الطرق السابقة.
ويمكن لخلايا الأنسجة المطبوعة أن تشكل شبكات تشبه الدماغ داخل الطبقات وفيما بينها في غضون أسابيع قليلة. فيما تتواصل الخلايا العصبية وترسل الإشارات وتستخدم الناقلات العصبية، بل وتشكل شبكات تحتوي على خلايا داعمة إضافية.
ويبين تشانغ «لا يزال لدى الأنسجة بنية كافية لتتماسك معًا، ولكنها ناعمة بما يكفي للسماح للخلايا العصبية بالنمو في بعضها البعض والبدء بالتحدث مع بعضها البعض؛ حتى عندما قمنا بطباعة خلايا مختلفة تنتمي إلى أجزاء مختلفة من الدماغ، كانت لا تزال قادرة على التحدث مع بعضها البعض بطريقة خاصة ومحددة للغاية». وتابع «ان دراسة شيء واحد في كل مرة يعني فقدان مكونات مهمة لأن الدماغ يعمل في الشبكات. إذ تسمح طباعة أنسجة المخ بهذه الطريقة بمراقبة أوضح لتفاعلات الخلايا».
ويشرح تشانغ «لقد قمنا بطباعة القشرة الدماغية والجسم المخطط، وما وجدناه كان مذهلاً للغاية؛ فلقد وجدنا أن المحاور العصبية البارزة في أنسجة المخ المطبوعة تعكس نمط الدماغ البشري، حيث تقوم الخلايا العصبية القشرية بإسقاط المحاور العصبية على الجسم المخطط».
ان دقة طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه تسمح بالتحكم بأنواع الخلايا وترتيباتها، على عكس الأعضاء المصغرة المزروعة في المختبر والمستخدمة في أبحاث الدماغ والتي تسمى عضويات الدماغ. لكن مع ذلك، لا يستطيع النموذج الأولي التحكم في اتجاه الخلايا العصبية الناضجة، كما أن الأنسجة المطبوعة تفتقر إلى البنية الطبيعية التي تظهر في عضويات الدماغ. من أجل ذلك قال تشانغ وزملاؤه «إنها مكملة للعضويات كوسيلة مفيدة لدراسة الدماغ في ظل ظروف مختلفة». واستدركوا «يمكن استخدامه للنظر في الآليات الجزيئية الكامنة وراء نمو الدماغ، والنمو البشري، وإعاقات النمو، واضطرابات التنكس العصبي، وغيرها».
ويأمل الفريق في تحسين ابتكاره لإنشاء أنسجة دماغية أكثر تحديدًا بخلايا قابلة للتوجيه.
