جانوران مرکب؛ موش‌هایی با مغز انسان
تولید موجودی مرکب که از پیوند مغز انسان به مغز جانور به‌وجود آمده از موضوعات جذاب در ادبیات و سینمای علمی- تخیلی است که اکنون مدتی است موارد واقعی آن در دنیای علم هم مشاهده شده‌است. یکی از تازه‌ترین این نمونه‌ها مربوط به پژوهش گروهی از دانشمندان دانشگاه استنفورد است که در نشریه تخصصی نیچر از نتایج مطالعه‌ای خبر داده‌اند که در آن، اندام‌واره مغز -اندامی شبیه مغز انسان- را به مغز موش پیوند زده‌اند. پژوهشگران این پژوهش می‌گویند این نتایج می‌تواند توانایی تولید مدل‌های واقعی از بیماری‌های عصبی - روانی را بهبود بخشد و معتقدند اندام‌واره مغز قادر خواهدبود به بستر امیدوارکننده‌ای در مدل‌سازی بررسی بیماری‌های مغزی انسان تبدیل شود. اختلالاتی چون اوتیسم و اسکیزوفرنی از جمله بیماری‌های منحصربه‌فرد عصب‌شناختی و روان‌شناختی به‌شمار می‌روند اما ازآنجا که مغز انسان چندان قابل دسترس نیست، درک کامل این آسیب‌ها و یافتن شیوه‌های درمانی موثر برای آنها بسیار دشوار است. ازاین‌رو، دانشمندان امیدوارند با پیوند سلولهای مغز انسان به موش، بتوان به شناخت بهتری از این بیماری‌ها رسید. البته هرچند نتایج موفقیت‌آمیز این قبیل پیوندها بسیار نویدبخش است اما از منظر مسائل اخلاقی هم باید مورد بررسی قرار گیرد.
چهارشنبه 20 مهر در نشریه علمی نیچر مقاله‌ای منتشر شد که در آن تصویری سبز‌رنگ خودنمایی می‌کرد. در شرح این تصویر آمده‌است: اندام‌واره مغز انسان به مغز بچه‌موش وارد شده‌است. این توضیح کوتاه خلاصه نتایجی پیشرو است که سناریوهای نوینی را در پژوهش بیماری‌های عصبی و بررسی جنبه‌های اخلاقی آن می‌گشاید. دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه استنفورد آمریکا به سرپرستی سرجو پاسکا که مولفان این مقاله هستند، موفق شدند نسخه مینیاتوری‌شده مغز انسان را به مغز موش پیوند بزنند و این دو مغز توانسته‌اند با یکدیگر تعامل و تبادل پیام کنند.
اندام‌واره چیست؟
اندام‌واره یا شبه‌اندام (organoid) نسخه‌ای کوچک و ساده‌شده از اندام است که در شرایط آزمایشگاهی و در ماتریس‌های سه‌بعدی با استفاده از یک یا چند سلول از بافت اندام مورد نظر یا سلولهای بنیادی جنینی یا سلولهای بنیادی پرتوان القایی تولید می‌شود. این سلولها به دلیل قابلیت‌های خودتجدیدی و تمایز می‌توانند در کشت سه‌بعدی خودشان را سازماندهی کنند. دانشمندان موسسه زیست‌فناوری مولکولی آکادمی علوم اتریش در سال 1392/2013، پروتکلی را تعریف و از آن برای کشت انداموارههای مغزی‌ای استفاده کردند که از سلولهای بنیادی مشتق می‌شد و از سازماندهی سلول درحال توسعه مغز انسان تقلید می‌کرد. به‌همین‌علت، مجله ساینتیست(The Scientist) این فناوری پزشکی را به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌های علمی آن سال نام‌گذاری کرد اما روش رشد اندام‌واره‌ها از اوایل دهه 2010 (دهه 1380) تاکنون به سرعت بهبود یافته‌است. هدف از تولید اندام‌واره‌ها مطالعه بیماری و شیوه‌های درمانی موثر در شرایط آزمایشگاهی است. به‌بیانی‌ساده، می‌توان گفت اندام‌واره‌ها مدل‌های کوچکی از اندام‌های انسان هستند که نسبت به اندام اصلی عملکردهای کمتری دارند.
پیوند شبه‌مغز انسان به مغز موش
ازآنجاکه در اندام‌واره‌هایی که در آزمایشگاه توسعه می‌یابند رگ‌های خونی ساخته نمی‌شود و بنابراین، این شبه‌اندام‌ها مواد غذایی دریافت نمی‌کنند، نمی‌توانند مدت طولانی زنده بمانند. به‌همین‌دلیل، دانشمندان اندام‌واره‌هایی را که در آزمایشگاه رشد کرده‌بودند به مغز موش‌های نوزاد وارد کردند و منتظر ماندند تا سلولهای مغز انسان همراه با سلولهای مغز موش رشد کنند. انداموارههای این پژوهش در ناحیه‌ای از مغز که کورتکس حسی‌پیکری نام دارد جاگذاری شدند. کورتکس (قشر) حسی‌پیکری موش پیام‌ها را از سبیل‌ها که اندام‌های لمسی جانوران به‌حساب می‌آیند دریافت کردند، آنها را به نواحی دیگری از مغز انتقال دادند و در آنجا این پیام‌ها ترجمه و تفسیر شدند. برای تکمیل فرآیند تعامل اندام‌واره مغزی انسان با مغز میزبان شش ماه زمان نیاز بود. درنهایت، نتیجه این یکپارچگی به‌حدی موفقیت‌آمیز بود که سرجو پاسکا در نشستی مطبوعاتی گفت طوری ساده به‌نظر می‌رسید که انگار «ترانزیستوری را به مدار دیگری» اضافه کرده‌باشند.البته در واقعیت، فرآیند چندان هم ساده نبود. پیش‌از پیوند، پژوهشگران عصب‌های اندام‌واره را به‌‌گونه‌ای اصلاح ژنتیک کردند که وقتی با نور کابل فیبر نوری تعبیه‌شده در مغز موش‌ها تحریک می‌شوند، فعال شوند. سپس موش‌ها را طوری تربیت کردند که وقتی نور روشن می‌شود، آب‌فشان کوچکی را برای دریافت آب لیس بزنند و این جانوران فقط وقتی این تکلیف را انجام دادند که نور روی مغز مرکب متمرکز شده‌بود. همچنین، وقتی محققان سبیل‌های موش‌ها را لمس می‌کردند عصب‌های انسانی در کورتکس حسی فعال می‌شدند و به‌این‌ترتیب نشان می‌دادند که سلولهای عصبی انسان قادر به جمع‌آوری اطلاعات حسی موش هستند.
مسأله اخلاق
مغز را شاید بتوان مهم‌ترین اندام بدن در مرزهای اخلاق شناخت و به‌خصوص در ادبیات علمی-تخیلی شخصیت‌هایی وجود دارند که از ترکیب مغز انسان با مغز جانوران خلق شده‌اند. برای مثال، سال 1367/1988 پیتر دیکنسون رمانی علمی-تخیلی را باعنوان «ایوا» منتشر کرد. این فیلم درباره دختری روبه مرگ به‌نام ایواست که در آینده‌ای ویران‌شهر زندگی می‌کند. مغز و حافظه ایوا را به شامپانزه‌ای به‌نام «کِلی» پیوند می‌زنند. داستان از زمانی آغاز می‌شود که ایوا در بیمارستان چشم‌هایش را باز می‌کند و وقتی خود را در آینه می‌بیند با چهره شامپانزه مواجه می‌شود. در انتهای این رمان، ایوا به جزیره‌ای میان شامپانزه‌ها فرستاده می‌شود. 24 سال بعد، نژاد بشر رو به زوال رفته‌است و او نژاد جدیدی از شامپانزه‌ها با هوش انسان را تشکیل داده‌است. این رمان نمونه‌ای از مغز مرکب و خلق موجودی آمیژه (Chimera) در ادبیات علمی- تخیلی است. بنابراین، بدیهی است فرآیندهای در حوزه تولید اندام‌واره‌ها و به‌خصوص پژوهش درباره اندام‌واره مغزی انسان و پیوند آن به مغز جانوران می‌تواند به سرعت حساسیت‌هایی در مسأله اخلاق برانگیزد و چشم‌انداز آزاردهنده خلق جانورانی را پیش بکشد که از هوش انسان برخوردارند. ازاین‌رو، این سؤال مطرح می‌شود که با ایجاد چنین جانورانی چقدر تا تحقق سناریوی پیش‌بینی‌شده در داستان «مزرعه حیوانات» اثر جورج اورول فاصله داریم؟ بعضی از انجمن‌های علمی تاکنون این مسأله را تحلیل و بررسی و اولین نتایجش را اعلام کرده‌اند. برای نمونه، سال گذشته آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی ایالات‌متحده مقاله‌ای جامع را برای پاسخ به سوال‌هایی که این حوزه جدید مطرح می‌کند، منتشر کرد: آیا انداموارههای مغز انسان می‌توانند جنبه‌های هوشیاری را به‌دست آورند یا درد را تجربه کنند؟ آیا جانورانی که سلولهای مغز انسان به آنها پیوند شده می‌توانند توانایی‌های متفاوتی با نمونه‌های همنوع خودشان داشته‌باشند؟ آیا این جانوران مرکب (آمیژه‌ها) تمایز بین انسان و سایر جانوران را که عمیقا در بسیاری از فرهنگ‌ها ریشه دوانده‌است، نقض می‌کنند؟ آیا جانوران آزمایشی می‌توانند ویژگی‌هایی را که معمولا تصور می‌شود مختص انسان است، بروز دهند؟
نتیجه بررسی این پرسش‌ها اطمینان‌بخش است: «انداموارههای مغز انسان هنوز بسیار ابتدایی‌اند و نمی‌توانند هوشیار شوند و به هوشی در حد هوش انسان برسند یا توانایی‌های دیگری را که ممکن است نیاز به مقررات قانونی داشته‌باشند، کسب کنند. به دیگر سخن، در‌حال‌حاضر هیچ دلیلی برای محدودکردن پژوهش‌ها در این زمینه وجود ندارد اما نباید این مهم را فراموش کرد که همه چیز در آینده می‌تواند تغییر کند.مولفان این پژوهش می‌نویسند: «مغز اندامی است که بیش‌از هر چیز دیگری به انسان هویت فردی می‌دهد، بنابراین، توجه ویژه‌ای در مورد تحقیقات روی سلولها و بافت‌های مغزی وجود دارد. پیشرفت در مطالعه مغز با استفاده از انداموارههای عصبی انسان، پیوند آنها به جانوران و تولید جانوران آمیژه بسیار سریع بوده‌است. هرچند مقررات فعلی قادر است این پژوهش‌ها را برای اکنون و آینده‌ی قابل پیش‌بینی به‌خوبی تنظیم کند اما با پیشرفت و توسعه بیشتر این حوزه ممکن است به مقررات جدیدی نیاز باشد.»
مغز مرکب چه فوایدی دارد؟
برای پاسخ به این پرسش دانشمندان انداموارههای مغزی را از سلولهای بنیادی سه فرد با وضعیت ژنتیک خاصی گرفتند که نشانگان تیموتی(Timothy syndrome) نام دارد و بیماری ژنتیک نادری است که بر قلب، ظاهر فیزیکی، دستگاه عصبی و دستگاه ایمنی فرد تأثیر می‌گذارد و می‌تواند علائمی شبیه علائم اوتیسم را سبب شود.این بیماری بسیار نادر است و در سراسر جهان فقط کمتر از 100مورد با این وضعیت تشخیص داده شده‌اند. در این آزمایش، به‌نظر می‌رسید ریزساختارهایی که در این اندام‌واره‌ها رشد کرده‌بودند شبیه همان ساختارهایی بودند که مغز بیماران متاثر از نشانگان تیموتی دارد. اما وقتی اندام‌واره‌ها به موش‌ها پیوند زده شد، زیرساختارها چندان رشد نکردند. به‌همین‌علت، دانشمندان معتقدند مغز مرکب امکان کشف علت ناهنجاری‌های بیماری‌های تخریب نورونی و روان‌شناختی را میسر می‌کند.
برگرفته از: nature.com
هدا عربشاهی - گروه دانش و سلامت
اندام‌واره چیست؟
اندام‌واره یا شبه‌اندام (organoid) نسخه‌ای کوچک و ساده‌شده از اندام است که در شرایط آزمایشگاهی و در ماتریس‌های سه‌بعدی با استفاده از یک یا چند سلول از بافت اندام مورد نظر یا سلولهای بنیادی جنینی یا سلولهای بنیادی پرتوان القایی تولید می‌شود. این سلولها به دلیل قابلیت‌های خودتجدیدی و تمایز می‌توانند در کشت سه‌بعدی خودشان را سازماندهی کنند. دانشمندان موسسه زیست‌فناوری مولکولی آکادمی علوم اتریش در سال 1392/2013، پروتکلی را تعریف و از آن برای کشت انداموارههای مغزی‌ای استفاده کردند که از سلولهای بنیادی مشتق می‌شد و از سازماندهی سلول درحال توسعه مغز انسان تقلید می‌کرد. به‌همین‌علت، مجله ساینتیست(The Scientist) این فناوری پزشکی را به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌های علمی آن سال نام‌گذاری کرد اما روش رشد اندام‌واره‌ها از اوایل دهه 2010 (دهه 1380) تاکنون به سرعت بهبود یافته‌است. هدف از تولید اندام‌واره‌ها مطالعه بیماری و شیوه‌های درمانی موثر در شرایط آزمایشگاهی است. به‌بیانی‌ساده، می‌توان گفت اندام‌واره‌ها مدل‌های کوچکی از اندام‌های انسان هستند که نسبت به اندام اصلی عملکردهای کمتری دارند.
پیوند شبه‌مغز انسان به مغز موش
ازآنجاکه در اندام‌واره‌هایی که در آزمایشگاه توسعه می‌یابند رگ‌های خونی ساخته نمی‌شود و بنابراین، این شبه‌اندام‌ها مواد غذایی دریافت نمی‌کنند، نمی‌توانند مدت طولانی زنده بمانند. به‌همین‌دلیل، دانشمندان اندام‌واره‌هایی را که در آزمایشگاه رشد کرده‌بودند به مغز موش‌های نوزاد وارد کردند و منتظر ماندند تا سلولهای مغز انسان همراه با سلولهای مغز موش رشد کنند. انداموارههای این پژوهش در ناحیه‌ای از مغز که کورتکس حسی‌پیکری نام دارد جاگذاری شدند. کورتکس (قشر) حسی‌پیکری موش پیام‌ها را از سبیل‌ها که اندام‌های لمسی جانوران به‌حساب می‌آیند دریافت کردند، آنها را به نواحی دیگری از مغز انتقال دادند و در آنجا این پیام‌ها ترجمه و تفسیر شدند. برای تکمیل فرآیند تعامل اندام‌واره مغزی انسان با مغز میزبان شش ماه زمان نیاز بود. درنهایت، نتیجه این یکپارچگی به‌حدی موفقیت‌آمیز بود که سرجو پاسکا در نشستی مطبوعاتی گفت طوری ساده به‌نظر می‌رسید که انگار «ترانزیستوری را به مدار دیگری» اضافه کرده‌باشند.البته در واقعیت، فرآیند چندان هم ساده نبود. پیش‌از پیوند، پژوهشگران عصب‌های اندام‌واره را به‌‌گونه‌ای اصلاح ژنتیک کردند که وقتی با نور کابل فیبر نوری تعبیه‌شده در مغز موش‌ها تحریک می‌شوند، فعال شوند. سپس موش‌ها را طوری تربیت کردند که وقتی نور روشن می‌شود، آب‌فشان کوچکی را برای دریافت آب لیس بزنند و این جانوران فقط وقتی این تکلیف را انجام دادند که نور روی مغز مرکب متمرکز شده‌بود. همچنین، وقتی محققان سبیل‌های موش‌ها را لمس می‌کردند عصب‌های انسانی در کورتکس حسی فعال می‌شدند و به‌این‌ترتیب نشان می‌دادند که سلولهای عصبی انسان قادر به جمع‌آوری اطلاعات حسی موش هستند.
مسأله اخلاق
مغز را شاید بتوان مهم‌ترین اندام بدن در مرزهای اخلاق شناخت و به‌خصوص در ادبیات علمی-تخیلی شخصیت‌هایی وجود دارند که از ترکیب مغز انسان با مغز جانوران خلق شده‌اند. برای مثال، سال 1367/1988 پیتر دیکنسون رمانی علمی-تخیلی را باعنوان «ایوا» منتشر کرد. این فیلم درباره دختری روبه مرگ به‌نام ایواست که در آینده‌ای ویران‌شهر زندگی می‌کند. مغز و حافظه ایوا را به شامپانزه‌ای به‌نام «کِلی» پیوند می‌زنند. داستان از زمانی آغاز می‌شود که ایوا در بیمارستان چشم‌هایش را باز می‌کند و وقتی خود را در آینه می‌بیند با چهره شامپانزه مواجه می‌شود. در انتهای این رمان، ایوا به جزیره‌ای میان شامپانزه‌ها فرستاده می‌شود. 24 سال بعد، نژاد بشر رو به زوال رفته‌است و او نژاد جدیدی از شامپانزه‌ها با هوش انسان را تشکیل داده‌است. این رمان نمونه‌ای از مغز مرکب و خلق موجودی آمیژه (Chimera) در ادبیات علمی- تخیلی است. بنابراین، بدیهی است فرآیندهای در حوزه تولید اندام‌واره‌ها و به‌خصوص پژوهش درباره اندام‌واره مغزی انسان و پیوند آن به مغز جانوران می‌تواند به سرعت حساسیت‌هایی در مسأله اخلاق برانگیزد و چشم‌انداز آزاردهنده خلق جانورانی را پیش بکشد که از هوش انسان برخوردارند. ازاین‌رو، این سؤال مطرح می‌شود که با ایجاد چنین جانورانی چقدر تا تحقق سناریوی پیش‌بینی‌شده در داستان «مزرعه حیوانات» اثر جورج اورول فاصله داریم؟ بعضی از انجمن‌های علمی تاکنون این مسأله را تحلیل و بررسی و اولین نتایجش را اعلام کرده‌اند. برای نمونه، سال گذشته آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی ایالات‌متحده مقاله‌ای جامع را برای پاسخ به سوال‌هایی که این حوزه جدید مطرح می‌کند، منتشر کرد: آیا انداموارههای مغز انسان می‌توانند جنبه‌های هوشیاری را به‌دست آورند یا درد را تجربه کنند؟ آیا جانورانی که سلولهای مغز انسان به آنها پیوند شده می‌توانند توانایی‌های متفاوتی با نمونه‌های همنوع خودشان داشته‌باشند؟ آیا این جانوران مرکب (آمیژه‌ها) تمایز بین انسان و سایر جانوران را که عمیقا در بسیاری از فرهنگ‌ها ریشه دوانده‌است، نقض می‌کنند؟ آیا جانوران آزمایشی می‌توانند ویژگی‌هایی را که معمولا تصور می‌شود مختص انسان است، بروز دهند؟
نتیجه بررسی این پرسش‌ها اطمینان‌بخش است: «انداموارههای مغز انسان هنوز بسیار ابتدایی‌اند و نمی‌توانند هوشیار شوند و به هوشی در حد هوش انسان برسند یا توانایی‌های دیگری را که ممکن است نیاز به مقررات قانونی داشته‌باشند، کسب کنند. به دیگر سخن، در‌حال‌حاضر هیچ دلیلی برای محدودکردن پژوهش‌ها در این زمینه وجود ندارد اما نباید این مهم را فراموش کرد که همه چیز در آینده می‌تواند تغییر کند.مولفان این پژوهش می‌نویسند: «مغز اندامی است که بیش‌از هر چیز دیگری به انسان هویت فردی می‌دهد، بنابراین، توجه ویژه‌ای در مورد تحقیقات روی سلولها و بافت‌های مغزی وجود دارد. پیشرفت در مطالعه مغز با استفاده از انداموارههای عصبی انسان، پیوند آنها به جانوران و تولید جانوران آمیژه بسیار سریع بوده‌است. هرچند مقررات فعلی قادر است این پژوهش‌ها را برای اکنون و آینده‌ی قابل پیش‌بینی به‌خوبی تنظیم کند اما با پیشرفت و توسعه بیشتر این حوزه ممکن است به مقررات جدیدی نیاز باشد.»
مغز مرکب چه فوایدی دارد؟
برای پاسخ به این پرسش دانشمندان انداموارههای مغزی را از سلولهای بنیادی سه فرد با وضعیت ژنتیک خاصی گرفتند که نشانگان تیموتی(Timothy syndrome) نام دارد و بیماری ژنتیک نادری است که بر قلب، ظاهر فیزیکی، دستگاه عصبی و دستگاه ایمنی فرد تأثیر می‌گذارد و می‌تواند علائمی شبیه علائم اوتیسم را سبب شود.این بیماری بسیار نادر است و در سراسر جهان فقط کمتر از 100مورد با این وضعیت تشخیص داده شده‌اند. در این آزمایش، به‌نظر می‌رسید ریزساختارهایی که در این اندام‌واره‌ها رشد کرده‌بودند شبیه همان ساختارهایی بودند که مغز بیماران متاثر از نشانگان تیموتی دارد. اما وقتی اندام‌واره‌ها به موش‌ها پیوند زده شد، زیرساختارها چندان رشد نکردند. به‌همین‌علت، دانشمندان معتقدند مغز مرکب امکان کشف علت ناهنجاری‌های بیماری‌های تخریب نورونی و روان‌شناختی را میسر می‌کند.
برگرفته از: nature.com
هدا عربشاهی - گروه دانش و سلامت
ضمیمه قفسه کتاب
تیتر خبرها
