نما جنين فأر بقلب ينبض بالكامل في طبق بتري

تعبير الجين Nkx1-2 في جنين الفأر (ل) ؛ رسم تخطيطي لجنين الفأر. (شو وآخرون ، نات كوم ، 2021)

يمكن لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا التي تم تطويرها بالكامل في أطباق بتري أن تضخ الدم من خلال القلوب الصغيرة النابضة ، وتنمو الأعصاب والعضلات تدريجيًا في المختبر.

تشكل هذه المجموعات الصغيرة من خلايا الثدييات أجنة فئران بدائية ، مبنية من الصفر الخلايا الجذعية - الخلايا التي لديها القدرة على التطور إلى أي نوع آخر من الخلايا في الجسم.

بينما كان العلماء بنجاحخلقدعا الأعضاء الاصطناعيةعضوياتلفترة من الوقت ، تفتقر هذه الأنواع إلى مجموعة كاملة من أنواع الخلايا الموجودة في الصفقة الحقيقية. هذا الجنين الذي يصنعه الإنسان هو أكثر تعقيدًا.

'مشاهدة تطور الجنين شيء رائع أن تراه ،' قال عالمة الأحياء التنموية كريستين ثيس من جامعة فيرجينيا ، وأحد مؤلفي الدراسة.

المدهش هو أنه يمكننا الحصول على مجموعة متنوعة من الأنسجة الموجودة في جنين فأر أصيل. يوضح [هذا] النموذج أننا قادرون على حث الخلايا على تنفيذ برامج تنموية معقدة في التتابع الصحيح للخطوات.

إن الجنين ليس فأرًا كاملًا لم يولد بعد ، ولا يمكن أن يتطور بالكامل إلى فأر واحد لأن الأجزاء الرئيسية لا تزال مفقودة - مثل قطعة عملاقة من الدماغ. لكن تعقيد هذه التجربة يأخذ الباحثين خطوة كبيرة نحو القدرة على بناء أعضاء تعمل بكامل طاقتها في المختبر.

تتكون الأعضاء البشرية من أنواع خلايا متعددة تنشأ من أجزاء مختلفة من الجنين النامي ، قال عالم الأحياء التنموي برنارد ثيس. على سبيل المثال ، تتكون القناة الهضمية من خلايا تشكل أنبوبًا مجوفًا. تم صنع نماذج من هذا الأنبوب في طبق تسمى عضويات الأمعاء.

ومع ذلك ، فإن هذا الأنبوب لا يكفي لعمل أمعاء وظيفية لأن هذا العضو يحتوي على مكونات أخرى ، مثل العضلات الملساء والأوعية الدموية والأعصاب التي تتحكم في وظيفة الأمعاء والتي تتكون من خلايا من أصول مختلفة.

الطريقة الوحيدة للحصول على جميع أنواع الخلايا الضرورية لتشكيل الأعضاء الوظيفية هي تطوير أنظمة تتواجد فيها جميع الخلايا السليفة. إن الكيانات الشبيهة بالجنين التي صممناها باستخدام الخلايا الجذعية توفر هذا بالضبط.

يتطلب تطوير هذه الأنظمة البيولوجية التي تعمل بكامل طاقتها الحصول على عدد كبير من الأشياء الصحيحة تمامًا - مثل نوع الخلية الصحيح والموقع المكاني وتوقيت إشارات الخلية للحصول على النتيجة المرجوة. لا يمكن إعادة إنشاء هذه العمليات المعقدة صناعياً إلا بفضل أجيال من البحث في علم الأحياء التنموي ، بما في ذلك أبحاث هذا الفريق بحث سابق عن سمك الزرد .

تم البناء على العديد من المحاولات السابقة. كانت هذه الأشياء مفقودة مثل أنواع كاملة من الأنسجة و لم تشكل هيكل رأس ، فشل في تنظيم الأنسجة بشكل صحيح ، أو تطور إلى المرحلة الجنينية المسماة المعدة .

تضمنت العديد من هذه القضايا الحاجة إلى حصر الإشارات الكيميائية التطورية مكانيًا داخل الجنين المشكل. طور Thisse وزملاؤه طريقة للقيام بذلك في تجاربهم على أسماك الزرد - إنشاء مراكز للإشارات الكيميائية التي تزود مجموعات الخلايا بإحساس بالاتجاه - للخلف والأمام ، والرأس والذيل.

يمكنهم بعد ذلك التحكم في توقيت وحجم وقوة هذه الإشارات.

وقد بلغ عملهم الآن ذروته في هذه الأجنة الفأرية التي تعمل بأعجوبة ، مع جميع طبقات الأنسجة الجنينية الطبيعية المبكرة. يتم ترتيب الخلايا والأنسجة المنظمة بشكل صحيح بشكل صحيح حول مقدمة الحبل الشوكي الجنيني (الحبل الظهري) ، بما في ذلك تطوير الجهاز الهضمي والعضلي والجهاز العصبي والدورة الدموية والقلب النابض.

ومع ذلك ، لا يزال الجنين يفتقد أجزاء من الدماغ ، ويشتبه الفريق في أن هذا قد يكون بسبب الإشارة الكيميائية التي تخبر الخلايا بأنها في نهاية المؤخرة (تسمى WNT مورفوجين ) انتشر بعيدا جدا.

من خلال التقنيات التي طورناها ، يجب أن نكون قادرين ، في مرحلة ما ، على معالجة الإشارات الجزيئية التي تتحكم في تكوين الجنين ، وهذا يجب أن يؤدي إلى توليد كيانات تشبه الجنين تحتوي على جميع الأنسجة والأعضاء بما في ذلك الدماغ الأمامي ، قال برنارد ثيس.

يأمل الباحثون في تعلم كيفية التحكم الكامل في نمو الجنين والتلاعب به ، ويعتقدون أنه قد يصبح أداة قوية لدراسة الأمراض.

تقول كريستين ثيس: 'إن تصنيع جميع الأنسجة المتنوعة يتيح لنا أن نأمل في أن يتمكن المجتمع العلمي من بناء أعضاء مع الأوعية الدموية المناسبة والتعصيب والتفاعل مع الأنسجة الأخرى' قال .

هذا ضروري لتكون قادرًا في يوم من الأيام على إنتاج أعضاء بشرية وظيفية بديلة في طبق. هذا من شأنه التغلب على النقص في الأعضاء للزرع.

تم نشر بحثهم في اتصالات الطبيعة .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.