Vascularized brain organoids enable reconstruction of the human blood-brain barrier and neurovascular disease modelling
تؤسس هذه الدراسة منصة قابلة للتوسع من العضويات الدماغية البشرية الموعاة التي تحاكي الوحدة الوعائية العصبية والحاجز الدموي الدماغي، مما يتيح استقصاء بيولوجيا الحاجز الدموي الدماغي البشرية، وتطوره، والأمراض الوعائية العصبية من خلال نماذج مختبرية وحيوية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعتبر الدماغ البشري حصناً، يحميه حارس شديد الانتقائية يُعرف باسم الحاجز الدموي الدماغي. هذا الحاجز عبارة عن جدار رقيق من خلايا متخصصة تبطن الأوعية الدموية الصغيرة داخل الدماغ، مما يسمح بمرور العناصر الغذائية الأساسية مع منع دخول المواد الضارة والعدوى. لعقود من الزمن، كافح العلماء لدراسة كيفية تشكل هذا الحاجز، وكيفية عمله، وماذا يحدث عندما ينهار في حالات الأمراض. وقد فشلت الطرق التقليدية، مثل زراعة طبقات مسطحة من الخلايا في أطباق المختبر، في محاكاة البنية المعقدة ثلاثية الأبعاد للدماغ. وفي الوقت نفسه، فإن المحاولات المبكرة لزراعة أدمغة مصغرة من الخلايا الجذعية، والتي تسمى "العضوانيات" (organoids)، غالباً ما كانت تؤدي إلى كتل من الأنسجة تفتقر إلى الأوعية الدموية. وبدون إمداد دموي، لم تتمكن هذه الأدمغة الصغيرة من النمو بالحجم الكافي لتكون مفيدة، وغالباً ما كانت مراكزها تموت بسبب نقص الأكسجين.
ولحل هذه المشكلة، بحث العلماء عن طريقة لبناء نموذج حي يتضمن كلاً من أنسجة الدماغ وشبكة عاملة من الأوعية الدموية. وهذا أمر بالغ الأهمية لأن الحاجز ليس مجرد جدار ثابت؛ بل هو واجهة ديناميكية حيث تتواصل الأوعية الدموية مع خلايا الدماغ للحفاظ على الصحة. وعندما يفشل هذا التواصل، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حالات مدمرة تتراوح من العدوى التي تعبر إلى الدماغ إلى الاضطرابات الوراثية التي تدمر أنسجة الدماغ. وحتى الآن، لم ينجح أي نموذج واحد في الجمع بين دماغ بشري نامٍ ونظام أوعية دموية بشرية وظيفي يحاكي الواقع.
لقد نجح فريق من العلماء الآن في إنشاء منصة جديدة وقابلة للتوسع تسد هذه الفجوة. فقد طوروا طريقة لزراعة عضوانيات دماغية بشرية وعائية، وهي نماذج بشرية ثلاثية الأبعاد للدماغ تحتوي على شبكتها الخاصة من الأوعية الدموية المتكاملة. تبدأ العملية بالخلايا الجذعية البشرية، التي يتم توجيهها لتشكيل كرات صغيرة من أنسجة الدماغ. وفي مرحلة مبكرة محددة، يقوم الباحثون بغرس هذه الكرات النامية في هلام (جل) يحتوي على خلايا الأوعية الدموية البشرية وخلايا داعمة تسمى "الخلايا الحوطية" (pericytes). وتؤدي هذه الخطوة البسيطة إلى تحفيز تشكل شبكة مستقرة ومتفرعة من الأوعية التي تنمو مباشرة داخل أنسجة الدماغ. وخلافاً للمحاولات السابقة التي تطلبت هندسة وراثية معقدة، يعتمد هذا النهج على القدرة الطبيعية لهذه الخلايا على تنظيم نفسها عند وضعها معاً في مراحل مبكرة من النمو.
اختبر الباحثون أنواعاً مختلفة من خلايا الأوعية الدموية لمعرفة أي منها سيكون الأكثر فعالية. ووجدوا أن نوعاً معيناً من الخلايا، مشتق من الحبل السري ومعدل ليبقى على قيد الحياة لفترة أطول في المزرعة، كان الأكثر فعالية في إنشاء شبكة قوية. وعند دمج هذه الخلايا مع الخلايا الحوطية، طورت العضوانيات الناتحة شبكة كثيفة من الأوعية التي تغلغلت في عمق أنسجة الدماغ. ولم تكن هذه الأوعية مجرد أنابيب فارغة؛ بل طورت الأختام المحكمة وبروتينات النقل المتخصصة التي تميز الحاجز الدموي الدماغي الحقيقي. ولاحظ الفريق أن وجود هذه الأوعية أدى إلى تحسين الصحة العامة للعضواني، مما قلل من موت الخلايا في المركز وسمح لأنسجة الدماغ بالنضج بشكل أكبر مما كانت عليه بدون إمداد دموي.
وللتأكد من أن هذه الأوعية الاصطناعية كانت وظيفية حقاً، قام العلماء بزرع العضوانيات تحت جلد فئران ذات جهاز مناعي ضعيف. وفي غض_ن ثلاثة أسابيع، اتصلت الأوعية الدموية البشرية داخل العضوانيات مباشرة بجهاز الدوران الخاص بالفئران. تدفق دم الفئران عبر الأوعية البشرية، وأصبحت الأوعية أكثر نضجاً، مكتسبةً سمات إضافية للحاجز الدموي الدماغي البشري كانت مفقودة في الطبق المخبري. وأثبت هذا أن النموذج لا يمكنه البقاء فحسب، بل يمكنه أيضاً التكامل مع مضيف حي، والاستجابة لتدفق الدم بطريقة تحاكي الفسيولوجيا البشرية.
باستخدام هذا النموذج الجديد، استقصى الفريق كيف يتصرف الحاجز الدموي الدماغي أثناء المرض. في إحدى التجارب، أصابوا الفئران ببكتيريا "النيسرية السحائية" (Neisseria meningitidis)، وهي بكتيريا تسبب التهاب السحايا لدى البشر ولكنها لا تصيب الفئران طبيعياً. التصقت البكتيريا بشكل انتقائي بالأوعية الدموية البشرية داخل العضوانيات، متجاهلةً أوعية الفئران المجاورة. وراقب الباحثون كيف تسببت البكتيريا في إعادة تشكيل جدران الأوعية، مما أدى إلى تكوين جلطات دموية، وفي النهاية اخترقت الحاجز لغزو أنسجة الدماغ. وقد وفر هذا رؤية نادرة وحينية لكيفية مهاجمة عدوى نوعية للبشر للدماغ، وهي عملية يستحيل دراستها في النماذج الحيوانية القياسية.
وفي تطبيق ثانٍ، استخدم الفريق المنصة لدراسة مرض ألكسندر، وهو اضطراب وراثي نادر ناتج عن طفرات في بروتين يسمى "GFAP"، وهو ضروري لخلايا دعم الدماغ. قاموا بزراعة عضوانيات باستخدام خلايا جذعية من مرضى هذا المرض وقارنوها بمجموعات ضابطة سليمة. ووجدوا أن الطفرات الوراثية تسببت في تجمع خلايا الدعم بشكل غير طبيعي وابتعادها عن الأوعية الدموية. أدى هذا الاضطراب في الترتيب المكاني للخلايا إلى حدوث تسرب في الحاجز الدموي الدماوي، مما سمح للمواد بالهروب من الأوعية إلى أنسجة الدماغ. ويشير هذا إلى أن جوهر المرض يكمن في انهيار العلاقة الفيزيائية بين خلايا الدعم والأوعية الدموية، مما يؤدي إلى فشل الحاجز.
يمثل إنشاء هذه العضوانيات الدماغية الوعائية خطوة مهمة للأمام في فهم بيولوجيا الدماغ البشري. ومن خلال توفير نموذج يتضمن إمداداً دموياً عاملاً وحاجزاً وظيفياً، فتح الباحثون الباب لدراسة الأمراض واختبار العلاجات في نظام يشبه الدماغ البشري عن قرب. إن القدرة على مراقبة كيفية تفاعل الأوعية الدموية مع خلايا الدماغ في بيئة حية ومرتوية، توفر أداة قوية للكشف عن آليات الاضطرابات العصبية وتطوير علاجات يمكنها حماية أو إصلاح الحاجز الدموي الدماغي.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.