استخدم الباحثون الخلايا الجذعية العصبية البشرية لطباعة أنسجة دماغية وظيفية ثلاثية الأبعاد تحاكي بنية القشرة الدماغية، وهي الطبقة الخارجية للدماغ. تعد هذه التقنية المتقدمة بتوفير إصلاح شخصي لإصابات الدماغ.تحتوي أدمغتنا على هياكل دقيقة ومعقدة يمكن أن تتضرر بسبب الصدمات والسكتات الدماغية والصرع وجراحة إزالة الأورام، مما يؤدي إلى صعوبات في التواصل والحركة والإدراك. تتمتع الخلايا الجذعية المزروعة بالقدرة على إعادة نمو أنسجة المخ التالفة، ولكن حتى الآن، كان استخدام الخلايا الجذعية لإعادة بناء بنية الدماغ أمرًا صعبًا.
في دراسة جديدة، استخدم الباحثون في جامعة أكسفورد الطباعة ثلاثية الأبعاد للخلايا الجذعية العصبية البشرية لإنشاء أنسجة دماغية مزدوجة الطبقات تم دمجها هيكليا ووظيفيا مع أنسجة المخ لدى الفئران.
وقالت لينا تشو، إحدى مؤلفي الدراسة: "توفر تقنية الطباعة بالقطيرات لدينا طريقة لتصميم أنسجة حية ثلاثية الأبعاد بالبنية المرغوبة، مما يقربنا من إنشاء علاجات مزروعة مخصصة لإصابات الدماغ".
تتمتع الخلايا الجذعية المحفزة التي يسببها الإنسان (hiPSCs) بإمكانات كبيرة في علاج تجديد الأنسجة. وهي خلايا جذعية اصطناعية مشتقة من خلايا جسدية تم إعادة برمجتها وراثيا لحالة مشابهة للخلايا الجذعية الجنينية، مما يمنحها قدرة فريدة على التمايز إلى أي نوع من الخلايا في الجسم.
في الدراسة الحالية، قام الباحثون أولاً بتمييز الخلايا hiPSCs إلى نوعين من الخلايا السلفية العصبية، والتي تستخدم لتشكيل الطبقات العليا والأعمق من القشرة الدماغية. تم استخدام هذه الخلايا السلفية الخاصة بطبقة معينة لإنشاء حبرين حيويين وطباعتها في أنسجة ذات طبقات باستخدام تقنية الطباعة القطيرات ثلاثية الأبعاد. تم السماح للخلايا السلفية المطبوعة بالنضج ومراقبة نموها ونشاطها على مدار أسبوع قبل زرع الأنسجة ذات الطبقات في أنسجة دماغ الفأر الحية.
أظهرت الأنسجة المزروعة تكاملًا وثيقًا مع خلايا دماغ الفأر، بما في ذلك تكوين العمليات العصبية - العمليات الشبيهة بالإصبع التي توصل وتنقل الإشارات العصبية - وهجرة الخلايا العصبية عبر الحدود بين الغرسة والمضيف. وأظهرت الخلايا المزروعة أيضًا نشاط الإشارة المرتبط بالخلايا المضيفة، مما يشير إلى أن الخلايا كانت تتواصل مع بعضها البعض وأظهرت تكاملًا وظيفيًا وهيكليًا.
قال زولتان مولنار Zoltán Molnár، وهو مؤلف آخر للدراسة: "إن تطور الدماغ البشري هو عملية دقيقة ودقيقة ذات تنسيق معقد. سيكون من السذاجة الاعتقاد بأننا نستطيع إعادة إنتاج عملية التطور الخلوي بأكملها في المختبر. ومع ذلك، يُظهر مشروع الطباعة ثلاثية الأبعاد أننا أحرزنا تقدمًا كبيرًا في التحكم في مصير وترتيب الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات البشرية لتشكيل الوحدات الوظيفية الأساسية للقشرة الدماغية".
نظرًا لأن القشرة الدماغية البشرية تحتوي على ما يصل إلى ست طبقات من الخلايا العصبية، يخطط الباحثون لتحسين تقنية طباعة القطرات ثلاثية الأبعاد لإنشاء أنسجة متعددة الطبقات أكثر تعقيدًا لمحاكاة هياكل الدماغ بشكل أكثر واقعية. بالإضافة إلى الأنسجة المطبوعة التي من المحتمل أن تستخدم لإصلاح تلف الدماغ، يقولون إنها يمكن أن تستخدم أيضًا لاختبار المخدرات، وأبحاث نمو الدماغ، وتحسين فهمنا للإدراك.
قال جين يونغ تشنغ، المؤلف الأول للدراسة: "يمثل هذا التقدم خطوة مهمة في جهودنا لإنشاء مواد ذات بنية ووظيفة كاملة لأنسجة المخ الطبيعية. وسيوفر هذا العمل فرصة فريدة لاستكشاف مبادئ عمل القشرة الدماغية البشرية، وعلى المدى الطويل، سيجلب الأمل للمرضى المصابين بإصابات الدماغ".
ونشر البحث في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.