قال خبير في علم الأعصاب: «يمكن أن تساعدنا «العقول الصغيرة» على فهم ما يجعلنا بشرًا»

قائد مجموعة قسم بيولوجيا الخلية في مختبر البيولوجيا الجزيئية التابع لمجلس البحوث الطبية (MRC) وجزء من حرم كامبريدج الطبي الحيوي في المملكة المتحدة؛ يمكن أن يحدث ثورة في دراسة الدماغ بفضل سنوات من الدراسة وبعض الفرص. على حد تعبير مادلين لانكستر، فشلت محاولتها لزراعة الخلايا الجذعية العصبية، ولكن لم يكن لديها أي فكرة أن الكرات العائمة للخلايا التي رأتها تحت المجهر وعلى طبق بيتري الخاص بها كانت، في الواقع، أنسجة دماغية مصغرة.

لقد قام بعمل مبتكر في تطوير تكنولوجيا الأعضاء في الدماغ التي تولد تقدمًا كبيرًا في التطور العصبي وأبحاث الأمراض. يركز العمل في مختبر لانكستر على دراسة تطور الدماغ البشري باستخدام عضويات الدماغ. يستخدم المختبر أدمغة صغيرة لدراسة الاختلافات الأساسية بين نمو الدماغ البشري وتطور أنواع الثدييات الأخرى. تقدمه يعرض للخطر كل ما يأتي من حيث دراسات الدماغ ويجعلنا أقرب إلى الإجابة على سؤال مثير للاهتمام: ما الذي يجعلنا بشرًا؟

يقول إنفوباي حصريًا في محادثة هاتفية: «شرعت في زراعة خلايا جذعية عصبية على سطح طبق بتري، ولكن في غضون يوم أدركت أن شيئًا ما قد حدث بشكل خاطئ». كان إعداد البروتين الذي كنت أستخدمه لتغطية الجزء السفلي من الطبق قديمًا جدًا، مما يعني أن الخلايا لم تلتصق ببعضها البعض كما ينبغي، ولكنها شكلت كرات عائمة. ربما كان العديد من العلماء قد ألقوا هذا المنتج، لكنني تركته يستمر في النمو. سرعان ما تمكنت من رؤية هياكل داخل ذلك، بصفتي عالم أحياء عصبية، أدركت خصائص معينة قد تراها في الدماغ».

- وهذا يعني أنه، كما هو الحال في حالات العلوم الشهيرة الأخرى، كانت فرصة مكونًا؟

كان من قبيل الصفة، هذا صحيح، بمعنى أن هذه الكائنات ظهرت للتو على طبق المختبر عندما لم أكن أتوقعها. كان التوقيت جيدًا أيضًا حيث حدث الاكتشاف في بداية زمالة ما بعد الدكتوراه, مما يعني أنني كنت حرًا في استكشاف وترك الملاحظات التي يمكنني الإدلاء بها ترشدني. بعد الإثارة الأولية، كان هناك الكثير من العمل لتحويل هذه الكرات الصغيرة من الخلايا إلى أنسجة. لمدة عام تابعت تجاربي وأخطائي مع هذا التطور: كررت هذه التجارب، وأضفت مجموعات مختلفة من المكملات الغذائية إلى الخلايا، وسجلت النتيجة بجد في كتابي المختبري. اكتشفت في النهاية أن جل بروتيني معين يسمى Matrigel قدم دعمًا كافيًا للسماح للخلايا بالتنظيم الذاتي في أنسجة ثلاثية الأبعاد.

- هل هذه هي العضويات؟

- في الواقع. تُعرف هذه الأنسجة ثلاثية الأبعاد باسم العضويات، والتي تعني حرفيًا شبيهة بالأعضاء، ولكنها بديل يستخدم في المختبر للتحقيق في أعماق الدماغ، في هذه الحالة، والعلاجات الممكنة ضد أمراضه. هذا هو بالضبط ما حققناه هذه التركيبات في المختبر: فهي أنسجة أعضاء مصغرة تشبه الأنسجة الحقيقية، على سبيل المثال، لديهم نفس أنواع الخلايا والهياكل والوظائف المماثلة. اعتمادًا على نوع الخلايا الجذعية المستخدمة، تتطور العضويات المختلفة. في حالتي، استخدمت الخلايا العصبية لزراعة عضويات الدماغ أو «العقول المصغرة»، كما يطلق عليها أحيانًا، لكن البعض الآخر في كامبريدج يقوم الآن بزراعة أنسجة الرئة الصغيرة والأمعاء الصغيرة والكبد الصغير.

- ما هي الخطوات الأولى في دراسة الدماغ؟

- دراسة هذا العضو البشري تشكل تحديا. في حين أن النماذج الحيوانية ساعدتنا على فهم الآليات الأساسية، إلا أنها يمكن أن تأخذنا حتى الآن. مرة أخرى، قدمت الخلايا العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية البشرية المستزرعة في 2D معلومات قيمة عن نفسها، لكن الخلايا العصبية غير موجودة في عزلة، لذلك هناك حد لما يمكننا فهمه حول كيفية عمل الدماغ من هذه الدراسات. تعطينا العضويات الدماغية شيئًا يشبه ويتصرف أكثر مثل الشيء الحقيقي. لقد سمحوا لنا بطرح أسئلة حول سبب تعرضنا بشكل استثنائي لحالات الصحة العصبية والعقلية مثل الفصام التي لا يبدو أنها تؤثر على الحيوانات. و، التركيز الخاص في مختبري، هو ما يجعل الدماغ البشري مميزًا للغاية.

- ستكون الخطوة التالية هي اكتشاف ما يميزنا عن الحيوانات: كيف يمكن الكشف عنها؟

- فهم ما يميزنا عن الحيوانات الأخرى هو سؤال أساسي. على سبيل المثال، نحن نعلم أن الدلافين ذكية ولديها أدمغة كبيرة، لكن ليس لديهم محادثات Zoom! أدمغة القردة العظيمة أصغر بثلاث مرات تقريبًا من أدمغتنا؛ في الواقع، أظهرت حساباتي الأخيرة أنها أقرب في الحجم إلى دماغ الفأر. نحن مهتمون حقًا بفهم كيفية حدوث هذا الاختلاف في الحجم. نحن نزرع العضويات من خلايا البشر وأقرب أقاربنا الأحياء: الشمبانزي والغوريلا. وجدنا أن هناك اختلافات في وقت مبكر جدًا من التطوير. كانت الخلايا الجذعية البشرية أبطأ من أقاربنا القرد في الانتقال إلى حالة تسمح للخلايا العصبية بالنمو. هذا الاختلاف الدقيق للغاية في هذه المرحلة الرئيسية عندما تتوسع الخلايا بشكل كبير له تأثيرات دراماتيكية على المنتج النهائي.

- ما هي الاختلافات الأخرى التي اكتشفته؟

-وجدنا أيضًا أن العضويات البشرية هي ضعف الحجم، مقارنة بالشمبانزي والغوريلا. يتطابق هذا جيدًا مع ما تراه من حيث حجم الدماغ. على وجه التحديد، في القشرة الدماغية، يكون عدد الخلايا العصبية في الدماغ البشري ضعف عدد أدمغة القردة العظيمة. لاستخدام تشبيه الكمبيوتر: إذا وضعت المزيد من وحدات المعالجة المركزية، فستحصل على المزيد من قوة الحوسبة. أعتقد أن هذا ربما يكون جزءًا كبيرًا مما يحدث ويسمح للبشر بالحصول على قدراتنا المعرفية الفريدة.

- هل هذه الطريقة للتحقيق في إبعاد نفسها عن الطريقة التي تم بها في الماضي؟

- العلم دائمًا حول كيفية الاستكشاف. قبل خمسمائة عام، رسم الناس العالم: سافروا إليه وترجموه إلى وثائق دقيقة بشكل متزايد. الآن لقد تحولنا إلى الداخل ونحاول رسم خريطة لما يجري داخل أجسادنا. كل تجربة هي اكتشاف. من الممتع حقًا النظر من خلال المجهر ومعرفة أنك أول شخص في تاريخ البشرية يشهد ظاهرة بيولوجية معينة. إنه أمر مثير للغاية. أحب أن أعتقد أن الاكتشافات العميقة يمكن أن تأتي من ملاحظات غير متوقعة. هناك الكثير من الفرص في العلوم، ولكن عليك أيضًا أن تكون منفتحًا عليها. في هذا التخصص، يتم تعليمنا اتباع المنهج العلمي المهم للغاية، لكن الكثير من الناس ينسون الخطوة الأولى، وهي إجراء ملاحظة جيدة.

- ما هي الأشياء التي تحدث بالفعل مع العضويات الخاصة بك؟

- أنا متحمس لرؤية كيف يمكن أن تساعد العضويات في الإجابة على أسئلة البحث الأخرى. على سبيل المثال، نشهد اهتمامًا متزايدًا باستخدام الأداة لدراسة حاجز الدم في الدماغ والصرع والانحطاط العصبي.

أريد حقًا التفاعل مع باحثين آخرين في مجتمع كامبريدج. لقد عرضنا الوباء إلى عمل تعاوني أكثر انفتاحًا لم يختبره العلم بهذه الطريقة في الماضي. يتقاطع التبادل بين التخصصات المختلفة ومراكز الأبحاث والجامعات في جميع أنحاء العالم مع قواعد البنوك الصحية التي تم الحفاظ عليها لسنوات والتي، بفضل وصولها، سمحت للمهنيين من جميع التخصصات بالعثور على مسارات جديدة، معًا، باستخدام المعرفة من مختلف زوايا. أعتقد أنه من السهل غالبًا التركيز على مجالنا المحدد، ولكن هناك الكثير الذي يمكننا تعلمه من جميع التخصصات. في كثير من الأحيان، نطرح أسئلة مشابهة جدًا ولكننا نقترب منها من زوايا مختلفة. أعتقد أننا، في نهاية المطاف، سنحتاج إلى إجابات حول جميع القضايا لكشف ما يجعلنا بشرًا.

استمر في القراءة: