مغز جنین چگونه ساخته می‌شود؟ نقش قند و تالاموس

دو مطالعه چه چیزی درباره ساخت مغز پیش از تولد نشان دادند؟

پژوهشگران UCLA در دو مطالعه منتشرشده در مجله‌های Cell و Science بررسی کردند سلول‌های سازنده مغز جنین چگونه درباره آینده خود تصمیم می‌گیرند. این سلول‌ها «گلیاهای شعاعی» نام دارند و بخش بزرگی از نورون‌ها و سلول‌های پشتیبان قشر مغز را تولید می‌کنند؛ قشری که با تفکر، حافظه و زبان ارتباط دارد.

این دو پژوهش مسیرهای متفاوتی را بررسی کردند: مطالعه نخست بر سوخت‌وساز سلول و مطالعه دوم بر تماس مستقیم آن با پیام‌های بخش دیگری از مغز تمرکز داشت. نتیجه مشترک این بود که گلیاهای شعاعی جدا از محیط اطرافشان عمل نمی‌کنند.

گلیاهای شعاعی چه نقشی در شکل‌گیری قشر مغز دارند؟

گلیاهای شعاعی نوعی سلول بنیادی هستند که در دوران رشد، تعداد زیادی از سلول‌های قشر مغز را می‌سازند. پژوهشگران معتقدند فعالیت این سلول‌ها در گسترش بزرگ قشر مغز انسان، در مقایسه با برخی گونه‌های دیگر، نقش دارد.

بیشتر این سلول‌ها پیش از تولد از بین می‌روند، اما سلول‌هایی مشابه آن‌ها ممکن است بعدها در سرطان‌های مغزی دوباره ظاهر شوند؛ علت این اتفاق هنوز به‌طور کامل روشن نیست. به همین دلیل، شناخت تصمیم‌های گلیاهای شعاعی می‌تواند به بررسی رشد طبیعی مغز، برخی اختلالات رشد عصبی و سرطان مغز کمک کند.

مصرف گلوکز چگونه بر تصمیم سلول‌های بنیادی اثر می‌گذارد؟

در مطالعه منتشرشده در Cell، گروه پژوهشی با بررسی بافت اهدایی انسان و اندام‌واره‌های مغزی ساخته‌شده از سلول‌های بنیادی، نقشه‌ای از سوخت‌وساز قشر مغز در حال رشد تهیه کرد. این یافته‌ها نشان داد سوخت‌وساز فقط فرایندی پس‌زمینه‌ای برای تأمین انرژی نیست و می‌تواند بر نوع سلول‌هایی که تولید می‌شوند اثر بگذارد.

گلیاهای شعاعی به مسیر پنتوز فسفات وابستگی زیادی داشتند؛ مسیری که از گلوکز برای ساخت مواد موردنیاز سلول‌های در حال تقسیم سریع استفاده می‌کند. وقتی پژوهشگران مقدار گلوکز موجود را کاهش دادند یا در این مسیر اختلال ایجاد کردند، سلول‌های بنیادی رفتار خود را تغییر دادند. آن‌ها نورون‌های مهاری بیشتری و همچنین سلول‌هایی را تولید کردند که معمولاً در مراحل دیرتر رشد ظاهر می‌شوند.

این نتایج ممکن است به پژوهشگران کمک کند اثر تغذیه مادر، اختلالات سوخت‌وساز و دیگر عوامل محیطی را بر مغز در حال رشد بررسی کنند. بااین‌حال، این مطالعه به‌تنهایی توصیه‌ای درباره تغذیه دوران بارداری یا راهی برای پیشگیری از بیماری ارائه نمی‌دهد.

تماس تالاموس با سلول‌های بنیادی چه تغییری ایجاد می‌کند؟

مطالعه دوم که در Science منتشر شد، پیام‌هایی را بررسی کرد که از تالاموس می‌آیند؛ ساختاری در بخش‌های عمقی مغز که به انتقال اطلاعات در دستگاه عصبی کمک می‌کند. نورون‌های تالاموس زائده‌های بلندی به سوی قشر مغز می‌فرستند. این زائده‌ها در انسان پیش از شکل‌گیری اتصال نهایی با نورون‌های قشری به آن ناحیه می‌رسند.

پژوهشگران با استفاده از «اسمبلوییدهای» مغزی ساخته‌شده از سلول‌های بنیادی انسان دریافتند که این زائده‌ها در زمان رشد، گلیاهای شعاعی را از نظر فیزیکی لمس می‌کنند. همین تماس، رفتار سلول‌های بنیادی را تغییر داد و باعث تولید نورون‌های تحریک‌کننده بیشتری شد؛ نورون‌هایی که پیام‌های اصلی قشر مغز را منتقل می‌کنند. اثر تماس بر نورون‌های لایه‌های بالایی، که در مغز انسان گسترش بیشتری دارند، شدیدتر بود.

به گفته پژوهشگران، این نقطه تماس مستقیم پیش‌تر شناسایی نشده بود و احتمالاً در جوندگان وجود ندارد.

ژن NRXN1 چه ارتباطی با این فرایند دارد؟

پژوهشگران این تعامل فیزیکی را به ژن NRXN1 مرتبط کردند؛ ژنی که در شکل‌گیری اتصال میان نورون‌ها نقش دارد و جهش‌های آن پیش‌تر با اختلال طیف اوتیسم ارتباط داده شده بود.

برای بررسی این موضوع، اسمبلوییدهایی از سلول‌های افرادی دارای جهش NRXN1 ساختند. در این مدل‌ها، پیام‌های تالاموسی تغییرکرده با پیام‌های سلول‌های بدون این جهش یکسان نبودند. این تفاوت، تعادل میان تعداد سلول‌های بنیادی و نورون‌های تولیدشده را جابه‌جا کرد. نتیجه نشان می‌دهد مدل‌های آزمایشگاهی می‌توانند برای مطالعه اثر اختلال‌های بسیار زودهنگام رشد مغز بر شکل‌گیری قشر مغز به کار بروند.

چرا اندام‌واره‌های مغزی برای این پژوهش مهم‌اند؟

حدود ۱۰ سال پیش، راه‌های عملی کمی برای بررسی مستقیم رفتار سلول‌های بنیادی عصبیِ منحصربه‌فرد انسان وجود داشت. امروزه اندام‌واره‌های مغزی و مدل‌های مرتبط به پژوهشگران اجازه می‌دهند بخشی از ویژگی‌های رشد مغز انسان را در آزمایشگاه بازسازی کنند.

این مدل‌ها همچنین امکان بررسی پرسش‌هایی را فراهم می‌کنند که فقط با مدل‌های حیوانی نمی‌توان به آن‌ها پاسخ داد. دو مطالعه UCLA نشان می‌دهند برای فهم رشد مغز، باید هم به سوخت‌وساز سلول‌ها و هم به تماس‌ها و پیام‌های فیزیکی میان سلول‌ها توجه کرد.