นวัตกรรมเซลล์ต้นกำเนิดมีการวิจัยทางประสาทวิทยาขั้นสูงอย่างไร

หนึ่งในปัจจัย gating ในการศึกษาสมองของมนุษย์คือมีความสามารถในการวิจัยเกี่ยวกับเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ที่ทำงานได้จริง เป็นผลให้มีการศึกษาทางวิทยาศาสตร์มากมายเกี่ยวกับสัตว์ฟันแทะในฐานะพร็อกซีของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ข้อเสียเปรียบของแนวทางนี้คือสมองของสัตว์ฟันแทะมีโครงสร้างและหน้าที่แตกต่างกัน ตามโครงสร้างของ Johns Hopkins สมองของมนุษย์มีเซลล์ประสาทประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์และ glia 70 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่สมองของเมาส์มีอัตราส่วนตรงกันข้าม [1] นักวิจัยของ MIT ค้นพบว่าเดนไดรต์ของเซลล์ประสาทของมนุษย์มีสัญญาณไฟฟ้าแตกต่างจากเซลล์ประสาทของสัตว์ฟันแทะ [2] ทางเลือกใหม่คือการปลูกเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์โดยใช้เทคโนโลยีเซลล์ต้นกำเนิด

เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ที่ไม่เฉพาะเจาะจงซึ่งก่อให้เกิดเซลล์ที่แตกต่างกัน เป็นการค้นพบล่าสุดย้อนหลังไปถึงยุค 80 เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2524 โดยเซอร์มาร์ตินอีแวนส์แห่งมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์สหราชอาณาจักรจากนั้นที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ประจำปี 2550 [3]

ในปี 1998 เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนมนุษย์ที่แยกได้ถูกปลูกในห้องแล็บโดย James Thomson จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซินใน Madison และ John Gearhart จาก Johns Hopkins University ในบัลติมอร์ [4]

แปดปีต่อมา Shinya Yamanaka จากมหาวิทยาลัยเกียวโตในญี่ปุ่นได้ค้นพบวิธีการเปลี่ยนเซลล์ผิวหนังของหนูให้เป็นเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพโดยใช้ไวรัสเพื่อแนะนำยีน 4 ยีน [5] เซลล์ต้นกำเนิด Pluripotent มีความสามารถในการพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดอื่น ๆ ยามานากะร่วมกับจอห์นบี. เกอร์ดอนได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2555 จากการค้นพบว่าเซลล์ที่โตเต็มที่สามารถถูกตั้งโปรแกรมใหม่ให้กลายเป็นผู้มีอำนาจมากขึ้นได้ [6] แนวคิดนี้เรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดที่มีจำนวนมากหรือ iPSCs

ในปี 2013 ทีมนักวิทยาศาสตร์จากยุโรปนำโดย Madeline Lancaster และ Juergen Knoblich ได้พัฒนาออร์แกนอยด์ในสมองสามมิติ (3 มิติ) โดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดที่มีจำนวนมากของมนุษย์ซึ่ง "เติบโตขึ้นเป็นประมาณ 4 มิลลิเมตรและสามารถอยู่รอดได้นานถึง 10 เดือน . [7].” นี่เป็นการพัฒนาครั้งสำคัญเนื่องจากแบบจำลองเซลล์ประสาทก่อนหน้านี้ได้รับการเพาะเลี้ยงในรูปแบบ 2 มิติ

เมื่อไม่นานมานี้ในเดือนตุลาคมปี 2018 ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยทัฟส์ได้สร้างแบบจำลอง 3 มิติของเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ซึ่งแสดงกิจกรรมของระบบประสาทที่เกิดขึ้นเองเป็นเวลาอย่างน้อยเก้าเดือน การศึกษานี้ตีพิมพ์ในเดือนตุลาคม 2018 ใน ACS Biomaterials Science & Engineering วารสารของ American Chemical Society [8].

จากการค้นพบเซลล์ต้นกำเนิดในหนูครั้งแรกไปจนถึงการเติบโตแบบจำลองเครือข่ายประสาทเทียมของมนุษย์ 3 มิติจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีจำนวนมากในเวลาไม่ถึง 40 ปีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ได้รับการชี้แจง แบบจำลองเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ 3 มิติเหล่านี้อาจช่วยให้การวิจัยก้าวหน้าในการค้นพบวิธีการรักษาใหม่ ๆ สำหรับโรคอัลไซเมอร์พาร์กินสันฮันติงตันโรคกล้ามเนื้อเสื่อมโรคลมบ้าหมูโรคเส้นโลหิตตีบด้านข้างอะไมโอโทรฟิค (หรือที่เรียกว่าโรค ALS หรือโรค Lou Gehrig) และโรคอื่น ๆ อีกมากมายและความผิดปกติของสมอง เครื่องมือที่ประสาทวิทยาศาสตร์ใช้ในการวิจัยมีการพัฒนาอย่างซับซ้อนและเซลล์ต้นกำเนิดมีบทบาทสำคัญในการเร่งความก้าวหน้าเพื่อเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติ

ลิขสิทธิ์© 2018 Cami Rosso สงวนลิขสิทธิ์

2. รอสโซ่คามิ “ เหตุใดสมองของมนุษย์จึงแสดงความฉลาดสูงกว่า” จิตวิทยาวันนี้. 19 ตุลาคม 2561

3. มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ “ เซอร์มาร์ตินอีแวนส์รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์” สืบค้น 23 ตุลาคม 2018 จาก http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans

4. มุมมองหัวใจ. “ ไทม์ไลน์ของเซลล์ต้นกำเนิด” 2558 เม.ย. - มิ.ย. สืบค้นเมื่อ 10-23-2018 จาก https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. สคูเดลลารีเมแกน “ เซลล์ iPS เปลี่ยนแปลงโลกอย่างไร” ธรรมชาติ. 15 มิถุนายน 2559.

6. รางวัลโนเบล (2012-10-08) “ รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ 2012 [ข่าวประชาสัมพันธ์]. สืบค้น 23 ตุลาคม 2018 จาก https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/

7. โรจาห์นซูซานยัง “ นักวิทยาศาสตร์ปลูกเนื้อเยื่อสมองมนุษย์แบบ 3 มิติ” การทบทวนเทคโนโลยีของ MIT. 28 สิงหาคม 2556

1. แคนท์ลีย์วิลเลียมแอล; ดู่จวง; โลโม่โอ, เซลีน; DePalma, โทมัส; Peirent, เอมิลี่; ไคลน์เนชท์, โดมินิก; ฮันเตอร์มาร์ติน; Tang-Schomer, Min D. ; เทสโก้จูเซปปินา; แคปแลนเดวิดแอล” โมเดลโครงข่ายประสาทเทียมของมนุษย์ 3 มิติที่ใช้งานได้และยั่งยืนจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มี Pluripotent”ACS Biomaterials Science & Engineering วารสารของ American Chemical Society. 1 ตุลาคม 2561