تم إنشاء أول دماغ بشري صغير مزود بحاجز دموي دماغي فعال

أدى بحث جديد أجراه فريق بقيادة خبراء في مستشفى سينسيناتي للأطفال إلى إنشاء أول دماغ بشري صغير في العالم مزود بحاجز دموي دماغي يعمل بكامل طاقته (BBB).

يعد هذا الإنجاز الكبير، المنشور في مجلة Cell Stem Cell، بتسريع فهم وتحسين العلاجات لمجموعة واسعة من أمراض الدماغ، بما في ذلك السكتة الدماغية والأمراض الدماغية الوعائية، سرطان الدماغ، ومرض الزهايمر، ومرض هنتنغتون، مرض باركنسون وغيره من حالات التنكس العصبي.

"إن الافتقار إلى نموذج BBB بشري حقيقي كان بمثابة عقبة رئيسية في دراسة الأمراض العصبية،" كما قال مؤلف الدراسة الرئيسي الدكتور زيوان جو.

"يتضمن اختراقنا توليد عضويات BBB البشرية من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات، ومحاكاة تطور الأوعية الدموية العصبية البشرية لخلق تمثيل دقيق للحاجز في أنسجة المخ المتنامية والفعالة. وهذا تقدم مهم لأن النماذج الحيوانية التي نستخدمها حاليًا لا تعكس بدقة تطور الدماغ البشري ووظيفة الحاجز الدموي الدماغي."

ما هو الحاجز الدموي الدماغي؟

على عكس بقية الجسم، تحتوي الأوعية الدموية في الدماغ على طبقة إضافية من الخلايا المتراصة بإحكام والتي تحد بشكل كبير من حجم الجزيئات التي يمكن أن تنتقل من مجرى الدم إلى الجهاز العصبي المركزي (CNS).

يدعم الحاجز الذي يعمل بشكل صحيح صحة الدماغ عن طريق منع دخول المواد الضارة مع السماح للعناصر الغذائية الحيوية بالوصول إلى الدماغ. ومع ذلك، فإن هذا الحاجز نفسه يمنع أيضًا العديد من الأدوية المفيدة من الوصول إلى الدماغ. بالإضافة إلى ذلك، تحدث العديد من الاضطرابات العصبية أو تتفاقم عندما لا يتشكل الحاجز الدموي الدماغي بشكل صحيح أو يبدأ في الانهيار.

تعني الاختلافات الكبيرة بين دماغ الإنسان والحيوان أن العديد من الأدوية الجديدة الواعدة التي تم تطويرها باستخدام النماذج الحيوانية تفشل لاحقًا في الأداء كما هو متوقع في التجارب البشرية.

"الآن، ومن خلال الهندسة الحيوية للخلايا الجذعية، قمنا بتطوير منصة مبتكرة تعتمد على الخلايا الجذعية البشرية التي تسمح لنا بدراسة الآليات المعقدة التي تحكم وظيفة BBB والخلل الوظيفي. وهذا يوفر فرصًا غير مسبوقة لاكتشاف أدوية وتدخلات علاجية جديدة. " يقول قوه. ص>

التغلب على مشكلة طال أمدها

تتسابق فرق البحث في جميع أنحاء العالم لتطوير عضويات الدماغ، وهي هياكل ثلاثية الأبعاد صغيرة ومتنامية تحاكي المراحل الأولى من تكوين الدماغ. على عكس الخلايا المزروعة في طبق مختبري مسطح، فإن خلايا الكائنات العضوية مترابطة. وهي تنظم نفسها ذاتيًا في أشكال كروية و"تتواصل" مع بعضها البعض، تمامًا كما تفعل الخلايا البشرية أثناء التطور الجنيني.

لقد كانت مستشفى سينسيناتي للأطفال رائدة في تطوير أنواع أخرى من العضيات، بما في ذلك أول عضيات وظيفية في العالم للأمعاء والمعدة والمريء. لكن حتى الآن، لم يتمكن أي مركز أبحاث من إنشاء عضوي دماغي يحتوي على طبقة حاجزة خاصة موجودة في الأوعية الدموية في الدماغ البشري.

نطلق عليها اسم النماذج الجديدة "BBB assembloids"

أطلق فريق البحث على نموذجهم الجديد اسم "BBB assembloids". يعكس اسمهم الإنجاز الذي جعل هذا الاختراق ممكنًا. تجمع هذه المجمعات بين نوعين مختلفين من العضيات: عضيات الدماغ، التي تحاكي أنسجة المخ البشري، وعضيات الأوعية الدموية، التي تحاكي هياكل الأوعية الدموية.

بدأت عملية الدمج مع عضويات الدماغ التي يبلغ قطرها 3-4 ملم وعضويات الأوعية الدموية التي يبلغ قطرها حوالي 1 ملم. على مدار شهر تقريبًا، اندمجت هذه الهياكل المنفصلة في كرة واحدة يزيد قطرها قليلاً عن 4 ملم (حوالي 1/8 بوصة، أو بحجم حبة السمسم تقريبًا).

وصف الصورة: عملية دمج نوعين من العضيات لتكوين عضوي دماغي بشري يشتمل على الحاجز الدموي الدماغي. الائتمان: سينسيناتي للأطفال والخلايا الجذعية.

تلخص هذه العضويات المتكاملة العديد من التفاعلات الوعائية العصبية المعقدة التي لوحظت في الدماغ البشري، لكنها ليست نماذج كاملة للدماغ. على سبيل المثال، لا تحتوي الأنسجة على خلايا مناعية وليس لها أي اتصالات ببقية الجهاز العصبي في الجسم.

حققت فرق البحث في مستشفى سينسيناتي للأطفال تطورات أخرى في دمج وطبقات الكائنات العضوية من أنواع مختلفة من الخلايا لإنشاء "الجيل القادم من الكائنات العضوية" الأكثر تعقيدًا. وقد ساعدت هذه التطورات في إثراء العمل الجديد حول إنشاء عضيات الدماغ.

من المهم ملاحظة أنه يمكن زراعة تجمعات BBB باستخدام الخلايا الجذعية البشرية النمطية العصبية أو الخلايا الجذعية من أشخاص يعانون من أمراض دماغية معينة، مما يعكس المتغيرات الجينية والحالات الأخرى التي يمكن أن تؤدي إلى خلل في الحاجز الدموي الدماغي. ص>

الإثبات الأولي للمفهوم

لإثبات الفائدة المحتملة للتجمعات الجديدة، استخدم فريق البحث خط الخلايا الجذعية المشتقة من المريض لإنشاء التجمعات التي تلخص بدقة السمات الرئيسية لحالة دماغية نادرة تسمى التشوه الكهفي الدماغي.

يؤدي هذا الاضطراب الوراثي، الذي يتميز بخلل في سلامة الحاجز الدموي الدماغي، إلى تكوين مجموعات من الأوعية الدموية غير الطبيعية في الدماغ، والتي غالبًا ما تشبه التوت في المظهر. ويزيد هذا الاضطراب بشكل كبير من خطر الإصابة بالسكتة الدماغية.

"لقد أعاد نموذجنا إنتاج النمط الظاهري للمرض بدقة، مما يوفر رؤى جديدة حول علم الأمراض الجزيئي والخلوي للأمراض الدماغية الوعائية"، كما يقول جو.

التطبيقات المحتملة

يرى المؤلفون المشاركون العديد من التطبيقات المحتملة لمجمعات BBB:

• فحص الأدوية الشخصية: يمكن لمجموعات BBB المشتقة من المريض أن تكون بمثابة صور رمزية لتصميم علاجات للمرضى بناءً على ملفاتهم الجينية والجزيئية الفريدة.
• نمذجة الأمراض: يفتقر عدد من الاضطرابات الوعائية العصبية، بما في ذلك الحالات النادرة والمعقدة وراثيًا، إلى أنظمة نموذجية جيدة للبحث. النجاح في إنشاء مجموعات BBB يمكن أن يسرع عملية تطوير نماذج أنسجة المخ البشري لمزيد من الظروف.
• اكتشاف أدوية عالية الإنتاجية: قد يؤدي توسيع نطاق إنتاج التجميعيويد إلى إجراء تحليل أكثر دقة وسرعة حول ما إذا كانت أدوية الدماغ المحتملة يمكنها عبور الحاجز الدموي الدماغي بشكل فعال.
• اختبار السموم البيئية: استنادًا إلى أنظمة النماذج الحيوانية، يمكن أن تساعد مجمعات BBB في تقييم التأثيرات السامة للملوثات البيئية والمستحضرات الصيدلانية والمركبات الكيميائية الأخرى.
• تطوير العلاجات المناعية: من خلال استكشاف دور BBB في الأمراض الالتهابية العصبية والتنكس العصبي، قد تدعم التجميعيات الجديدة توصيل العلاجات المناعية إلى الدماغ.
• أبحاث الهندسة الحيوية والمواد الحيوية: يمكن لمهندسي الطب الحيوي وعلماء المواد الاستفادة من النموذج المختبري لـ BBB لاختبار المواد الحيوية الجديدة، ومركبات توصيل الأدوية، واستراتيجيات هندسة الأنسجة.

"بشكل عام، تمثل مجمعات BBB تقنية ثورية ذات آثار واسعة النطاق في علم الأعصاب واكتشاف الأدوية والطب الشخصي"، كما يقول جو.