مدل‌سازی ارتباط میان مغز و روده روی یک تراشه

 به نقل از ام‌آي‌تي نيوز، سيستم "اندام روي تراشه" مي‌تواند نحوه تاثيرگذاري باکتري‌هاي دستگاه گوارش را بر بيماري‌هاي عصبي نشان دهد.

پژوهشگران دانشگاه "ام‌آي‌تي"(MIT)، يک سيستم اندام روي تراشه ابداع کرده‌اند که مي‌تواند تعامل ميان مغز، کبد و روده را نشان دهد.

مغز و دستگاه گوارش از بسياري جهات با يکديگر ارتباط عميقي دارند. احساس عصبي شدن ممکن است به بروز درد جسمي در معده منجر شود؛ در حالي که انتشار سيگنال‌هاي گرسنگي از روده، به ما احساس تحريک‌پذيري مي‌دهد. پژوهش‌هاي اخير نشان داده‌اند که باکتري‌هاي روده مي‌توانند بر برخي از بيماري‌هاي عصبي موثر باشند.

مدل‌سازي اين فعل و انفعالات پيچيده در حيواناتي مانند موش‌ها دشوار است زيرا فيزيولوژي متفاوتي با انسان دارند. پژوهشگران دانشگاه ام‌آي‌تي براي کمک به درک بهتر محور مغز و روده، يک سيستم اندام روي تراشه ابداع کرده‌اند که تعاملات ميان مغز، کبد و روده بزرگ را تکرار مي‌کنند.

پژوهشگران با استفاده از اين سيستم توانستند تاثير ميکروب‌هاي ساکن روده را بر بافت مغز سالم و نمونه بافت مغز بيماران مبتلا به پارکينسون نشان دهند. آنها دريافتند اسيدهاي چرب زنجيره کوتاه که توسط ميکروب‌هاي روده توليد مي‌شوند، مي‌توانند اثرات بسيار متفاوتي بر سلول‌هاي سالم و بيمار مغز داشته باشند.

"مارتين تراپکار"(Martin Trapecar)، پژوهشگر ارشد اين پروژه گفت: اگرچه اسيدهاي چرب زنجيره کوتاه تا حد زيادي براي سلامتي انسان مفيد هستند اما ما مشاهده کرديم که تحت شرايط خاصي مي‌توانند برخي از آسيب‌شناسي‌هاي مغزي را تشديد کنند.

پژوهشگران آزمايشگاه "ليندا گريفيت"(Linda Griffith) براي چندين سال، به توسعه ابزار کوچکي پرداختند که مي‌توان از آنها براي پرورش مدل‌هاي مهندسي شده بافت اندام‌هاي متفاوت استفاده کرد که با کانال‌هاي ريزسيال به يکديگر متصل شده‌اند. اين مدل‌ها در برخي موارد نسبت به مدل‌هاي حيواني مي‌توانند اطلاعات دقيق‌تري در مورد بيماري‌هاي انسان ارائه دهند.

گريفيت و همکارانش در پژوهش سال گذشته خود، از يک سيستم ميکروفيزيولوژيک براي مدل‌سازي تعاملات ميان کبد و روده بزرگ استفاده کردند. آنها در بررسي خود دريافتند که اسيدهاي چرب زنجيره کوتاه و مولکول‌هاي توليد شده توسط ميکروب‌هاي روده مي‌توانند التهاب خودايمني مرتبط با بيماري کوليت زخمي را تحت شرايط خاصي، بدتر کنند. اسيدهاي چرب زنجيره کوتاه مي‌توانند اثرات مفيدي مانند افزايش تحمل بدن نيز بر بافت‌ها داشته باشند. 

پژوهشگران در اين بررسي جديد تصميم گرفتند تا مغز و سلول‌هاي ايمني را نيز به سيستم چند اندامي خود اضافه کنند. مغز، تعاملات بسياري با دستگاه گوارش دارد که مي‌توانند به واسطه سيستم عصبي روده يا گردش سلول‌هاي ايمني، مواد مغذي و هورمون‌ها، ميان اندام‌ها رخ دهند.

بيش از ۸۰ درصد موارد پارکينسون نمي‌توانند با جهش يک ژن خاص مرتبط باشند اما بقيه آنها علت ژنتيکي دارند. سلول‌هايي که پژوهشگران دانشگاه ام‌آي‌تي براي مدل پارکينسون خود استفاده کرده‌اند، به جهشي دچار هستند که به تجمع پروتئيني موسوم به "آلفا-سينوکلئين"(alpha synuclein) منجر مي‌شود. تجمع اين پروتئين، به سلول‌هاي عصبي آسيب مي‌رساند و به بروز التهاب در سلول‌هاي مغزي منجر مي‌شود. آزمايشگاه "رودولف  جائنيش" (Rudolf Jaenisch)، پژوهشگر دانشگاه ام‌آي‌تي نيز سلول‌هايي را ارائه داده که اين جهش در آنها اصلاح شده است اما از نظر ژنتيکي مشابه هستند و از همان بيماري گرفته شده‌اند که سلول‌هاي بيمار از آن به دست آمده‌اند.

گريفيت و تراپکار ابتدا اين دو مجموعه سلول مغزي را در سيستم‌هاي ميکروفيزيولوژيک که به هيچ بافت ديگري متصل نبودند، مورد بررسي قرار دادند و دريافتند که سلول‌هاي پارکينسون نسبت به سلول‌هاي سالم و اصلاح شده، التهاب بيشتري نشان مي‌دهند. سلول‌هاي پارکينسون همچنين در توانايي سوخت و ساز ليپيدها و کلسترول، نقص‌هايي دارند.
تراپکار گفت: به نظر مي‌رسد که اسيدهاي چرب زنجيره کوتاه مي‌توانند با تحت تاثير قرار دادن متابوليسم ليپيدها، با بيماري‌هاي تخريب کننده عصبي مرتبط باشند. هدف ما اکنون تلاش براي درک اين موضوع است.

پژوهشگران قصد دارند انواع ديگري از بيماري‌هاي عصبي را که ممکن است تحت تاثير ميکروبيوم روده قرار بگيرند، مدل‌سازي کنند. گريفيت گفت: يافته‌هاي اين پژوهش نشان مي‌دهند که مدل‌هاي بافت انساني مي‌توانند اطلاعاتي را به دست بياورند که مدل‌هاي حيواني از عهده آن برنمي‌آيند.

گريفيت در حال کار کردن روي نسخه جديدي از اين مدل است که رگ‌هاي خوني ميکروبي را شامل مي‌شود که بافت‌هاي متفاوت را به يکديگر متصل کرده‌اند و به پژوهشگران امکان مي‌دهند تا نحوه تاثيرگذاري جريان خون ميان بافت‌ها را بر آنها بررسي کنند.

اين پژوهش، در مجله "Science Advances" به چاپ رسيد.