12 مارس 2020
بقلم توم أبيت، جامعة ستانفورد
المترجم: عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم 91 لسنة 2020
التصنيف : أبحاث الدماغ
Stanford scientists discover the mathematical rules underpinning brain growth
MARCH 12, 2020
الحياة مليئة بالأنماط. من الشائع أن تقوم الكائنات الحية بإنشاء سلسلة متكررة من الخواص المتماثلة أثناء نموها: تذكر ريش الطائر الذي يتفاوت قليلاً في الطول على جناحه أو البتلات القصيرة والطويلة في الوردة.
اتضح أن الدماغ لا يختلف [عن بقية الأشياء في الطبيعة من حيث الأنماط] . باستخدام المجهر المتقدم والنمذجة الرياضية ، اكتشف باحثو ستانفورد نمطًا يحكم نمو خلايا الدماغ أو الخلايا العصبية (1). قواعد مماثلة يمكن أن توجه guide تطور الخلايا الأخرى داخل الجسم ، وفهمها يمكن أن يكون مهمًا في القيام بالهندسة الحيوية للأنسجة والأعضاء الاصطناعية بنجاح.
الدراسة، التي نشرت في مجلة نتشر فيزيكس Nature Physics ، بنت على حقيقة أن الدماغ يحوي العديد من الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية وأن الأمر يتطلب عدة أنواع تعمل معاً في تناسق للقيام بأداء أي مهمة. أراد الباحثون كشف أنماط النمو غير المرئية التي تمكن الأنواع الصحيحة من الخلايا العصبية من ترتيب نفسها في المواضع الصحيحة لتبني الدماغ.
"كيف تقوم الخلايا ذات الوظائف المتتامة (المتكاملة) بترتيب نفسها لبناء نسيج يقوم بوظائفه ؟" قال المؤلف المشارك في الدراسة بو وانغ ، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية. "لقد اخترنا الإجابة على هذا السؤال بدراسة الدماغ لأنه من المفترض بشكل عام أن الدماغ معقد جدًا بحيث لا يمتلك قاعدة تنميط patterning rule بسيطةً. لقد فاجأنا أنفسنا عندما اكتشفنا أن هناك بالفعل مثل قاعدة التنميط هذه."
الدماغ الذي اختاروه للدراسة ينتمي إلى دودة مستورقة مسطحة، طولها مليمتر واحد، يمكنها إعادة نمو رأس جديد في كل مرة يُبتر فيها هذا الرأس. أولاً ، استخدم وانغ ومارغريتا كاريتون Khariton، وهي طالبة دراسات عليا في مختبره ، علامات (بقع) stains الفلورسنت لتحديد أنواع مختلفة من الخلايا العصبية في الدودة المسطحة. ثم استخدموا مجاهر عالية الدقة لالتقاط صور للدماغ بأكمله - الخلايا العصبية المتوهجة وكل الخلايا الأخرى - وقاموا بتحليل الأنماط لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم استخلاص القواعد الرياضية التي توجه بناءها.
ما وجدوه هو أن كل عصبون ( خلية عصبية) محاط بما يقرب من اثني عشر عصبوناً مشابهًا له، لكن هناك أنواع أخرى من الخلايا العصبية مبعثرةً بينها. هذا الترتيب الفريد يعني أنه لا يوجد عصبون واحد بارزاً على توأمه (في نفس المستوى - سواسية كأسنان المشط)، في حين لا يزال يسمح لأنواع مختلفة من الخلايا العصبية المتكاملة (المتتامة) لتكون قريبة بما يكفي للعمل معًا لإكمال المهام.
ووجد الباحثون أن هذا النمط يتكرر مرارًا في كل دماغ الدودة المسطحة بالكامل لتشكيل شبكة عصبية متصلة. قام مؤلفو الدراسة جيان تشين ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية ، والباحثة بعد الدكتوراه شيان كونغ بتطوير نموذج حوسبي لإظهار أن هذه الشبكة المعقدة من المتجاورات الوظيفية انبثقت من نزعة الخلايا العصبية للتكدس معًا بأكبر قدر ممكن دون أن تكون قريبة جدًا من الخلايا العصبية الأخرى من نفس النوع.
في حين أن باحثو علوم الأعصاب قد يقومون في يوم من الأيام بتكييف هذه المنهجية لدراسة النمط العصبي في الدماغ البشري (2) ، يعتقد باحثو ستانفورد أن هذه التقنية يمكن تطبيقها بشكل أكثر فائدة في المجال الناشئ لهندسة الأنسجة.
الفكرة الأساسية بسيطة: يأمل مهندسو الأنسجة في حث الخلايا الجذعية ، وهي الخلايا القوية ذات الأغراض العامة التي تستمد منها جميع أنواع الخلايا ، للتحول الى مختلف الخلايا المتخصصة التي تشكل الكبد أو الكلى أو القلب. لكن سيحتاج العلماء إلى ترتيب تلك الخلايا المتنوعة في الأنماط الصحيحة إذا أرادوا القلب أن ينبض.
وقال وانغ "إن مسألة كيف تتحول الكائنات الحية الدقيقة إلى أشكال تؤدي وظائف مفيدة قد فتنت العلماء لقرون". "في عصرنا التكنولوجي ، نحن لسنا محدودين بفهم أنماط النمو هذه على المستوى الخليوي ولكن يمكننا أيضًا إيجاد طرق لتطبيق هذه القواعد على تطبيقات الهندسة الحيوية."
مصادر من داخل النص
المصدر الرئيس
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق