پژوهشگران چینی برای نخستین بار مدلی از دیسک جنینی انسان را در آزمایشگاه ساختهاند که میتواند سلولهای اولیه لازم را برای شکلگیری اندامها تولید و سازماندهی کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این پژوهش، یکی از مهمترین گامها در مسیر فهم مراحل آغازین رشد انسان محسوب میشود. دانشمندان سالها تلاش کردهاند سلولهای بنیادی را به شکلی کنترل کنند که بتوانند ساختارهای پیچیده بدن انسان را در محیط آزمایشگاه بسازند. اما رشد اندامها، تنها به تولید چند نوع سلول محدود نیست. این فرایند به سازماندهی دقیق سلولها، زمانبندی درست و شکلگیری ساختارهای اولیه جنینی نیاز دارد.
پژوهشگران با ساخت این مدل جدید، یکی از دشوارترین موانع زیستفناوری را پشت سر گذاشتهاند. این مدل میتواند مرحلهای از رشد جنین را شبیهسازی کند که در آن، پایههای اصلی بدن انسان شکل میگیرند. این مرحله در علم جنینشناسی با نام گاسترولاسیون شناخته میشود.
گاسترولاسیون یکی از مهمترین مراحل رشد جنین در انسان و دیگر پستانداران است. در این مرحله، جنین از یک لایه مسطح سلولی به ساختاری چندلایه و سهبعدی تبدیل میشود. این ساختار سه لایه اصلی دارد که شامل آندودرم، مزودرم و اکتودرم میشود. این سه لایه، منشأ شکلگیری تمام اندامها و بافتهای بدن انسان هستند.
«یو لهچیان»، نویسنده مسئول این پژوهش و استاد مؤسسه جانورشناسی آکادمی علوم چین بیان کرد که در مرحله گاسترولاسیون، معماری اصلی بدن ایجاد میشود و جنین از یک دیسک مسطح به ساختاری سهبعدی تغییر شکل میدهد. به بیان ساده، این مرحله همان نقطهای است که سلولها مسیر آینده خود را پیدا میکنند و برای ساخت اندامهای مختلف آماده میشوند.
اهمیت این مرحله تنها علمی نیست. محدودیتهای اخلاقی نیز مطالعه مستقیم آن را دشوار کردهاند. دستورالعملهای بینالمللی، رشد جنین انسان در آزمایشگاه را پس از ۱۴ روز از زمان لقاح محدود میکنند. این محدودیت دقیقاً با آغاز گاسترولاسیون همزمان است. به همین دلیل، پژوهشگران برای بررسی فاصله زمانی ۱۴ تا ۲۱ روز پس از لقاح، به مدلهای آزمایشگاهی شبیه جنین نیاز دارند.
این بازه زمانی، سالها در جنینشناسی با عنوان «جعبه سیاه» شناخته میشد. دلیل این نامگذاری، نبود امکان مشاهده مستقیم و دقیق فرایندهای طبیعی رشد در این مرحله است. مدلهای قبلی جنین انسان فقط میتوانستند برخی انواع سلولها را تولید کنند. همچنین این مدلها قادر نبودند ساختاری به نام «رگه اولیه» را ایجاد کنند.
رگه اولیه یکی از ساختارهای کلیدی در آغاز گاسترولاسیون است. این ساختار مسیر حرکت و سازماندهی سلولها را مشخص میکند و به شکلگیری صحیح بدن کمک مینماید. نبود این ساختار در مدلهای قبلی باعث میشد سلولها به شکل تصادفی رشد کنند و مسیر رشد آنها شباهت کافی به جنین واقعی انسان نداشته باشد.
تیم چینی در پژوهش جدید خود از رویکردی مبتنی بر زیستشناسی فضایی استفاده کرد. این حوزه علمی، موقعیت دقیق سلولها را در بافتها و ساختارهای زیستی بررسی میکند. پژوهشگران با کنترل جایگاه سلولهای اولیه انسان، شرایطی نزدیکتر به رشد طبیعی جنین ایجاد کردند. همین کنترل فضایی، امکان رشد سلولهای اولیه اندامساز را فراهم کرد.
دانشمندان مدل ساختهشده جنین انسان را “Disc-Gastruloids” نامیدند. این مدل توانست وارد مرحله گاسترولاسیون شود و ساختارهایی مشابه رگه اولیه ایجاد کند. این ویژگی، آن را از مدلهای آزمایشگاهی پیشین متمایز میکند. هیچ مدل قبلی نتوانسته بود این بخش از رشد انسان را با چنین دقتی بازسازی کند.
پژوهشگران پس از شکلگیری این مرحله، حرکت سلولها را روی سطح دیسک مشاهده کردند. این حرکت سلولی، یکی از نشانههای مهم رشد طبیعی جنین است. نتایج مطالعه نشان داد که بیش از ۸۰ درصد مدلهای زیستمهندسیشده، این فرایندهای رشدی را با موفقیت بازسازی کردند.
این مدلها فقط به ایجاد ساختارهای اولیه محدود نماندند. پژوهشگران در ادامه مشاهده کردند که Disc-Gastruloids توانستند لوله عصبی، روده ابتدایی، سلولهای پیشساز ریه، کبد و پانکراس را شکل دهند. همچنین آنها یک حفره ابتدایی قلبی ایجاد کردند که به صورت خودکار و ریتمیک منقبض میشد.
تحلیل تکسلولی نیز نتایج این مشاهدهها را تأیید کرد. دادهها نشان دادند که ترکیب سلولی این مدلها به جنین انسان در حدود ۲۱ روز پس از لقاح شباهت دارد. این موضوع، اعتبار علمی مدل جدید را افزایش میدهد و آن را به ابزاری مهم برای مطالعه مراحل آغازین رشد انسان تبدیل میکند.
به گفته یو لهچیان، این پژوهش، پایهای برای هدف نهایی تولید انبوه و ماژولار سلولهای اولیه اندامساز در آزمایشگاه فراهم کرده است. این فناوری در آینده میتواند از تولید اندام، ترمیم بافت و توسعه پزشکی بازساختی پشتیبانی کند. هدف نهایی این مسیر، ساخت اندامهایی است که بتوان از آنها برای پیوند یا درمان آسیبهای شدید بافتی استفاده کرد.
با وجود این پیشرفت، تولید کامل اندام انسانی در آزمایشگاه هنوز به تحقیقات بیشتری نیاز دارد. دانشمندان باید ایمنی، پایداری، دقت رشد و پیامدهای اخلاقی این فناوری را با دقت بررسی کنند. با وجود این، مدل جدید میتواند زمان رسیدن به اندامهای آزمایشگاهی را کوتاهتر کند و ابزار مهمی برای پژوهشگران حوزه زیستفناوری و پزشکی بازساختی باشد.
همچنین این دستاورد به دانشمندان کمک میکند مدلهای جنینی دقیقتر و قابلکنترلتری بسازند. چنین مدلهایی میتوانند در مطالعه بیماریهای مادرزادی، بررسی اختلالات رشد، آزمایش داروها و فهم بهتر شکلگیری اندامهای انسان نقش مهمی ایفا کنند. پژوهش جدید نشان میدهد که تولید اندام در آزمایشگاه، هنوز رؤیایی دور است، اما مسیر علمی آن با سرعت بیشتری در حال شکلگیری است.
