تقنية جديدة تكشف عن تأثير جينات التوحد على بنية الدماغ المبكرة عند الأطفال

مصدر الصورة: Image by user18526052 على Freepik

منحَت التكنولوجيا التي تم تطويرها في جامعة ويسكونسن ماديسون لتنمية “وريدات” من الدماغ والأنسجة الشوكية طرقًا جديدةً للعلماء من أجل دراسة نموّ الدماغ البشري، بما في ذلك دراسة حديثة حول كيفية تأثير الطفرات الجينية المرتبطة بالتوحد على المراحل المبكرة من نمو الدماغ البشري باعتباره من بين الأمراض النفسية التي تصيب الاطفال.
إنه أحدث اكتشاف باستخدام تقنية RosetteArray، وهي أداة فحص تستخدم الخلايا الجذعيّة لإنشاء هياكل أنسجة الدماغ الأمامي أو الحبل الشوكي الجنينية تسمى الوريدات العصبية،وهي المادّة الأوّلية لتوليد الأعضاء العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية البشرية -؛ مجموعات من الخلايا تشبه أعضاء أكبر وأكثر تعقيدًا -؛ ويمكن استخدامها لتقييم ما إذا كانت التركيبات الجينية المختلفة أو التعرض للمواد الكيميائية يزيد من خطر اضطرابات النمو العصبي.

في تفاصيل هذا البحث

“تتيح لنا هذه التكنولوجيا الوصول إلى نموذج جنيني لتطوّر الجهاز العصبي المركزي البشري والذي لولا ذلك لم يكن بإمكاننا الوصول إليه. وهذا مفيد، لأننا لا نستطيع الآن أن نفهم المزيد عن التنمية البشرية فحسب، بل يمكننا أن نفهم متى تسوء الأمور”- راندولف أشتون، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية في جامعة ويسكونسن ماديسون والمدير المساعد لمركز الخلايا الجذعية والطب التجديدي

أشتون وجافين نايت، وهو عالم في معهد ويسكونسن للاستكشاف حصل على درجة الدكتوراه في مختبر أثون، بتطوير التكنولوجيا وراء RosetteArrays، والتي يتم تسويقها بواسطة Neurosetta، وهي شركة شاركا في تأسيسها بدعم من UW-Madison Discovery to Product و برنامج تسريع مؤسسة أبحاث خريجي ويسكونسن (WARF).
لعبت تقنية RosetteArray دورًا مهمًا في دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature Neuroscience. قامت الدراسة، التي قادتها جيورجيا كوادراتو، عالمة أحياء الخلايا الجذعية بجامعة جنوب كاليفورنيا، مع أشتون ونايت كمؤلفين مشاركين، بالتحقيق في طفرات الجين المسمى SYNGAP1.

ارتبطت طفرات SYNGAP1 منذ فترة طويلة بعوامل الخطر لاضطراب طيف التوحد، والصرع، وإعاقة النمو العصبي وأكثر من ذلك، ولكن حتى الآن تمت دراسة الجين بشكل أساسي في النماذج الحيوانية والتركيز على تأثير SYNGAP1 على المشابك العصبية، وهي البنية الموجودة عند أطراف المشابك الطويلة. خلايا الدماغ تسمى الخلايا العصبية التي تسمح لها بتمرير الإشارات إلى الخلايا المجاورة.وهنا نشير إلى أنّنا سبق وبيّنا لكِ الفرق بين التوحّد وطيف التوحّد.

في دراستهم الجديدة لمرض التوحد SYNGAP1، استخدمت كوادراتو ومختبرها تقنية RosetteArray لتنمية وريدات عصبية من خلايا بشرية سليمة وكذلك من خلايا مريض لديه متغير مسبب للمرض في SYNGAP1. من خلال تحليل هذه العضويات العصبية الشابة والمتطورة، قرر كوادراتو أن الخلايا الدبقية الشعاعية البشرية -؛ الخلايا المسؤولة عن إنتاج كافة الخلايا العصبية الموجودة في الطبقة الخارجية للدماغ والتي تسمى القشرة الدماغية -؛ يمكن التعبير عن SYNGAP1. عندما يتحور SYNGAP1، فإنه يؤدي إلى اختلال تنظيم الصفيحة القشرية، وهي بنية دماغية مبكرة تؤدي إلى ظهور القشرة الدماغية. يوضح هذا أن اضطرابات الدماغ يمكن أن تنشأ من خلال آليات غير متشابكة.

الاستنتاجات والمخطّطات المستقبليّة

يخطّط كل من Quadrato Lab وNeurosetta للدخول في شراكة لإجراء مزيد من الدراسات لاستكشاف مدى الخلفيات الجينية لاضطراب طيف التوحد التي يمكن نمذجتها باستخدام تقنية RosetteArray، والتي تأمل أشتون أن تؤدي في النهاية إلى أساليب جديدة للطب الدقيق.
يقول أشتون: “إن مجرد القدرة على نمذجة التطور البشري المبكر، في هذه الحال تكوين الدماغ والحبل الشوكي، يمنحك منصة قوية جدًا لمحاولة تحسين صحة الإنسان”. “لقد فوجئنا برؤية آثار الطفرات المسببة للأمراض العصبية في المراحل الأولى من تكوين هذه الأنسجة. نموذج RosetteArrays ما يقرب من أربعة إلى ستة أسابيع بعد الحمل، ونحن نتعلم أنه يمكنك البدء في رؤية علامات التوحد “ثم، وهو مرض لا يتم تشخيصه عادةً إلا بعد عمر السنتين. لذا، فإن حقيقة أننا نستطيع رؤية هذا في وقت مبكر جدًا في نموذجنا للتطور البشري أمر مدهش. “

وأضاف:” إنّ الباحثين الذين يستخدمون تقنيات مثل RosetteArray وجدوا أن عوامل الخطر لاضطراب طيف التوحد تتلخص في مسارين أساسيين، يبدو أن لهما أدوارًا مبكرة جدًا في نمو الدماغ البشري، وهي معلومات مفيدة أثناء عمل الباحثين على العلاجات”.
وبينما ركزت هذه الورقة على دراسة أنسجة المخ، استخدم أشتون منصة RosetteArray في مختبره الخاص لدراسة العيوب في تكوين الأنبوب العصبي.

“(الأنبوب العصبي) هو هيكل يمتد من رأس الجنين وصولاً إلى الجزء الخلفي من الحبل الشوكي. كل الدماغ والحبل الشوكي وأنسجة العين تأتي من هذا الأنبوب العصبي”. “يحدث أن الكثير من الأشياء يمكن أن تعطل هذه العملية، وإذا تم تعطيل هذا التكوين في وقت مبكر بما فيه الكفاية، فإنه يسبب الكثير من المشكلات. ويمكن أن يسبب عيوب خلقية تعرف باسم عيوب الأنبوب العصبي، على سبيل المثال انشقاق العمود الفقري، وهو عندما “لا ينغلق الجزء السفلي من العمود الفقري بشكل كامل. أو، إذا كان لديك فشل في الإغلاق في الجزء العلوي من الأنبوب العصبي مما يؤدي إلى فشل الحمل، فإن فهم هذه العملية أمر بالغ الأهمية.”
كان أشتون وأعضاء مختبره يستخدمون RosetteArrays للتحقيق في الأسباب التي قد تسبب عيوب السنسنة المشقوقة وكيفية التخفيف منها.

“هناك أمثلة على المواد الكيميائية المعروفة التي نستخدمها في إمداداتنا الغذائية، والمبيدات الحشرية، والأدوية المضادة للسرطان والتي ارتبطت تاريخياً بالتسبب في عيوب الأنبوب العصبي. لذلك، من المهم أن يكون لدينا طريقة لاختبار كيمياء وعمليات كيميائية جديدة لتصنيعها. يقول أشتون: “من المؤكد أنها ليس لها هذه التأثيرات على التنمية البشرية”. “لقد استخدمنا نماذج من القوارض ولكن هناك فرق بين الحيوانات والبشر. يوفر RosetteArray طريقة لاختبار هذه المواد الكيميائية على نمو الدماغ البشري والحبل الشوكي في وقت مبكر.”
يمكن أيضًا استخدام منصة RosetteArray في الطب الفردي، حيث يمكن استخدامها لفحص خطوط خلايا المرضى الفرديين لفهم أفضل لكيفية أن تؤدي الطفرات في الخلفية الجينية للشخص إلى اضطراب. وكذلك كيف أن التفاعل بين الخلفية الجينومية للشخص والمواد الكيميائية التي يتعرض لها قد يؤدي إلى مخاطر صحية.
يقول أشتون: “نعتقد أن هذه المنصة ستكون مفيدة للغاية لكل من التطبيقات التجارية لفحص المواد الكيميائية التي يمكن أن تسبب مخاطر النمو العصبي، وكذلك للتطبيقات السريرية”. “وأعتقد أن القوة الحقيقية للأداة تكمن في الطب الدقيق واكتشاف الأدوية.”

ختامًا، يمكنكِ أن تتابعي على موقعنا أيضًا، أسباب التوحد عند الطفل وطرق التعامل معها.