شکستن رمز و راز بازسازی (آکسولوتل) axolotl می‌تواند منجر به بهبود در درمان‌های پزشکی برای آسیب‌های شدید شود.

آکسولوتل (Ambystoma mexicanum) یک سمندر آبزی است که به دلیل توانایی خود در بازسازی نخاع، قلب و اندام‌های خود مشهور است و در این زمینه بهتر از انسان عمل می‌کند.

این دوزیستان در طول زندگی خود به‌ راحتی نورون‌های جدیدی می‌سازند.

در سال ۱۹۶۴، محققان مشاهده کردند که آکسولوتل‌های بالغ می‌توانند بخش‌هایی از مغز خود را بازسازی کنند؛ حتی اگر بخش بزرگی به‌طور کامل برداشته شود.

اما یک مطالعه نشان داد که بازسازی مغز axolotl توانایی محدودی برای بازسازی ساختار بافت اصلی دارد؛ بنابراین آکسولوتل‌ها چگونه می‌توانند مغز خود را پس از آسیب بازسازی کنند؟

محققان در آزمایشگاه تروتلین ETH زوریخ و آزمایشگاه تاناکا در موسسه آسیب‌شناسی مولکولی در وین به این فکر کردند که آیا آکسولوتل‌ها قادر به بازسازی تمام انواع سلول‌های مختلف در مغز خود هستند؟ از جمله ارتباطاتی که یک ناحیه مغز را به ناحیه دیگر متصل می‌کند.

در مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شد، ما اطلسی از سلول‌هایی ایجاد کردیم که بخشی از مغز axolotl را تشکیل می‌دهند که هم نحوه بازسازی و هم تکامل مغز در گونه‌ها را روشن می‌کند.

انواع مختلف سلول عملکردهای متفاوتی دارند. آن‌ها می‌توانند در نقش‌های خاصی تخصص پیدا کنند؛ زیرا هرکدام ژن‌های متفاوتی را بیان می‌کنند.

درک این که چه نوع سلولی در مغز وجود دارد و چه‌کاری انجام می‌دهد به روشن شدن تصویر کلی از نحوه عملکرد مغز کمک می‌کند.

همچنین به محققان فرصت می‌دهد تا در سراسر تکامل مقایسه کنند و سعی کنند روندهای بیولوژیکی را در بین گونه‌ها بیابند.

یکی از راه‌های درک این که کدام سلول‌ها کدام ژن را بیان می‌کنند، استفاده از تکنیکی به نام توالی‌یابی RNA تک‌سلولی (scRNA-seq) است.

این ابزار به محققان اجازه می‌دهد تا تعداد ژن‌های فعال در هر سلول از یک نمونه خاص را بشمارند و در درک انواع سلول‌های موجود در مغز حیوانات مفید بوده است.
دانشمندان از scRNA-seq در ماهی‌ها، خزندگان، موش‌ها و حتی انسان‌ها استفاده کرده‌اند.

هنگام نقشه برداری از مغز axolotl تیم محققان تصمیم گرفت بر روی تلانسفالون axolotl تمرکز کند.

در انسان، تلانسفالون بزرگ‌ترین بخش مغز است و شامل ناحیه‌ای به نام نئوکورتکس است که نقش کلیدی در رفتار و شناخت حیوانات دارد.

در طول تکامل اخیر، نئوکورتکس در مقایسه با سایر نواحی مغز به‌شدت رشد کرده است.

به طور مشابه، انواع سلول‌هایی که به طور کلی تلانسفالون را تشکیل می‌دهند، در طول زمان بسیار متنوع شده و در پیچیدگی رشد کرده‌اند و این منطقه را به منطقه‌ای جذاب برای مطالعه تبدیل کرده است.

محققان می‌گویند: ما از scRNA-seq برای شناسایی انواع مختلف سلول‌های تشکیل‌دهنده تلانسفالون آکسولوتل، از جمله انواع مختلف نورون‌ها و سلول‌های پیش‌ساز، یا سلول‌هایی که می‌توانند به تعداد بیشتری از خودشان تقسیم شوند یا به انواع سلول‌های دیگر تبدیل شوند، استفاده کردیم.

شناسایی کردیم که چه ژن‌هایی در هنگام تبدیل شدن سلول‌های پیش‌ساز به نورون‌ها فعال می‌شوند و دریافتیم که بسیاری از آن‌ها قبل از تبدیل شدن به نورون‌های بالغ، از یک نوع سلول میانی به نام نوروبلاست‌ها عبور می‌کنند، که قبلاً وجود آن در axolotls ناشناخته بود.

سپس بازسازی آکسولوتل را با برداشتن یک بخش از تلانسفالون آن‌ها مورد آزمایش قرار دادیم. با استفاده از روش تخصصی scRNA-seq، ما توانستیم تمام سلول‌های جدید را در مراحل مختلف بازسازی، از یک تا ۱۲ هفته پس از آسیب، ضبط و توالی یابی کنیم.

در نهایت، متوجه شدیم تمام انواع سلول‌هایی که حذف شده بودند، به طور کامل بازسازی شده اند.

ما مشاهده کردیم که بازسازی مغز در سه مرحله اصلی اتفاق می‌افتد.

مرحله اول با افزایش سریع تعداد سلول‌های پیش ساز شروع می‌شود و بخش کوچکی از این سلول‌ها فرآیند بهبود زخم را فعال می‌کنند.

در فاز دو، سلول‌های پیش ساز شروع به تمایز به نوروبلاست می‌کنند. در نهایت، در فاز سه، نوروبلاست‌ها به همان نوع نورون‌هایی که در ابتدا از بین رفته بودند، تمایز می‌یابند.

به طور شگفت انگیزی، مشاهده کردیم که اتصالات عصبی قطع شده بین ناحیه برداشته شده و سایر نواحی مغز دوباره به هم وصل شده است.

برقراری اتصالات مجدد عصبی نشان می‌دهد که منطقه بازسازی شده نیز عملکرد اولیه خود را بازیافته است.

توانایی‌های احیا کننده Axolotls منبع جذابی برای دانشمندان بوده است و چگونگی تغییر مغز و انواع سلول‌های آن در طول زمان و همچنین مکانیسم‌های بازسازی را استنباط می‌کند.

هنگامی که داده‌های اکسولوتل را با گونه‌های دیگر مقایسه کردیم، متوجه شدیم که سلول‌های تلانسفالون آن‌ها شباهت زیادی به هیپوکامپ پستانداران، ناحیه‌ای از مغز که در شکل‌گیری حافظه نقش دارد و قشر بویایی، ناحیه‌ای از مغز که به حس بو درگیر است، نشان می‌دهند.

ما حتی برخی از شباهت‌ها را در یک نوع سلول آکسولوتل به نئوکورتکس، ناحیه‌ای از مغز که برای ادراک، تفکر و استدلال فضایی در انسان‌ها شناخته می‌شود، یافتیم.

این شباهت‌ها نشان می‌دهد، این نواحی از مغز ممکن است از نظر تکاملی حفظ شده باشند، یا در طول تکامل قابل مقایسه باشند و نئوکورتکس پستانداران ممکن است یک نوع سلول اجدادی در تلانسفالون دوزیستان داشته باشد.

در حالی که مطالعه ما روند بازسازی مغز را روشن می‌کند، از جمله اینکه کدام ژن‌ها درگیر هستند و چگونه سلول‌ها در نهایت به نورون تبدیل می‌شوند، ما هنوز نمی‌دانیم چه سیگنال‌های خارجی این فرآیند را آغاز می‌کنند.

علاوه بر این، ما نمی‌دانیم، فرآیند‌هایی که شناسایی کردیم هنوز برای حیواناتی که بعداً در زمان تکامل یافته اند، مانند موش یا انسان، قابل دسترسی هستند یا خیر.

اما ما به تنهایی معمای تکامل مغز را حل نمی‌کنیم. آزمایشگاه توشز (Tosches) در دانشگاه کلمبیا تنوع انواع سلولی را در گونه دیگری از سمندر به نام Pleurodeles waltl بررسی کرد، در حالی که آزمایشگاه Fei در آکادمی علوم پزشکی گوانگدونگ در چین و همکاران در شرکت علوم زیستی BGI به بررسی نحوه آرایش فضایی انواع سلول در جلو مغز axolotl، شناسایی تمام انواع سلول‌ها در مغز axolotl، به هموار کردن راه برای تحقیقات نوآورانه در پزشکی بازساختی کمک می‌کند.

مغز موش‌ها و انسان‌ها تا حد زیادی توانایی خود را برای ترمیم یا بازسازی خود از دست داده است.

مداخلات پزشکی برای آسیب‌های مغزی شدید در حال حاضر بر درمان دارویی و سلول‌های بنیادی برای تقویت یا ارتقای ترمیم تمرکز دارد.

بررسی ژن‌ها و انواع سلول‌هایی که به آکسولوتل‌ها اجازه می‌دهند بازسازی تقریباً کاملی را انجام دهند، ممکن است کلید بهبود درمان آسیب‌های شدید و باز کردن پتانسیل بازسازی در انسان باشد.

منبع: سایت مدیکال اکسپرس