العضيات العصبية

إجماع

• انظر كذلك
• عضي مخي
• الأمعاء على رقاقة
• عضو على رقاقة

وفي هذا الصدد، في سنة 2022، نشر اتحادٌ من كبار الباحثين بيانًا توافقيًا يُقرّ مصطلح «العضية العصبية» أو«عضية الجهاز العصبي» كمصطلحٍ شاملٍ رئيسيٍّ يضمّ جميع النماذج العصبية ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك العضيات الدماغية، والعضيات الشبكية، والعضيات التجميعية. كما اتفقوا على أن تُعرف جميع العضيات المدمجة والمُجمّعة بمصطلح «العضية التجميعية» في المستقبل. ويمكن كذلك استخدام مصطلح العضية العصبية كمصطلحٍ عامٍّ للعضيات العصبية التي تتكوّن من أنواعٍ متعددةٍ من الخلايا العصبية من أنسجةٍ عصبيةٍ متعددة.

تاريخ

ومن ناحية أخرى، لقد نشأ تطوير العضيات العصبية من التجارب المبكرة في بيولوجيا الخلايا الجذعية وهندسة الأنسجة، حيث تحول من زراعة الخلايا العصبية ثنائية الأبعاد إلى الأنسجة ثلاثية الأبعاد (ذاتية التنظيم) .

الأنواع

وفي هذا السياق، يمكن تصنيف العضيات العصبية إلى أنواع فرعية متعددة بناءً على استراتيجية التمايز المستعملة. تُعد العضيات الدماغية أمثلة نموذجية على النماذج غير الموجهة التي تعتمد على الإشارات الداخلية لإنتاج مزيج معقد من أنواع الأنسجة العصبية. أما العضيات الإقليمية فهي نماذج موجهة حيث تُستعمل الإشارات الخارجية لتوجيه الخلايا نحو مصائر أكثر تحديدًا. تشمل النماذج الإقليمية: العضيات القشرية، والمهادية، والشبكية، والنخاعية. أما أحدث فئة في هذا المجال فهي التجميع العصبي، وهي عبارة عن اندماجات لأنواع مختلفة من النماذج الموجهة أو نماذج موجهة مع أنواع خلايا محددة، مما يسمح بمزيد من التعقيد مع الحفاظ على التحكم في التخصص الأساسي لأنواع الخلايا المعنية.

مصطلحات

من جهة ثانية، أشارت المنشورات الأولية في عام 2017 إلى هذه التراكيب باسم الأجسام الكروية المُجمَّعة (باشكا) أو العضيات المندمجة (كنوبليش، بارك). لم يُستعمل مصطلح «الجسم المُجمَّع» تحديدًا في الأدبيات الأصلية لعام 2017؛ بل قدمه باشكا لأول مرة في مقابلة عام 2018، ثم جرى إضفاء الطابع الرسمي عليه لاحقًا في مراجعة عام 2019.

التسمية

ومن ناحية أخرى، التجميع: بنية تتكون من خلال دمج عضوي/كروي مع أعضاء/كرويات أخرى أو أنواع خلايا متميزة (مثلًا، دمج كروي قشري مع كروي مخطط).

إضافةً إلى ذلك، تختلف المصطلحات المستعملة لوصف العضيات العصبية بناءً على استراتيجية التمايز المستعملة:

كذلك، موجهة: هي عضيات مُولَّدة باستخدام عوامل خارجية محددة مثل: الجزيئات الصغيرة أو المورفوجينات لتوجيه التمايز نحو هويات خلوية شديدة التخصص مثل: القشرة الظهرية فقط. يُفضَّل هذا المصطلح على موجَّهة. وغالبًا ما يُشار إليها باسم الكرويات/العضيات الإقليمية .

من جهة ثانية، غير موجهة: تُنتج العضيات من خلال التنظيم الذاتي الداخلي والإشارات الداخلية، مما يؤدي إلى تنوع أنواع الخلايا. تُنتج هذه الطريقة عادةً أنسجة معقدة تحتوي على مناطق دماغية متعددة وأنواع خلايا غير عصبية مثل: الضفيرة المشيمية والسحايا. تُعد العضية الدماغية الأصلية المثال الرئيسي لهذه الفئة.

وفي هذا السياق، إقليمي: العضيات التي تم حصرها لتمثيل منطقة عصبية واحدة شديدة التخصص مثل: الحبل الشوكي أو الدماغ المتوسط أو الشبكية، وعادة ما يتم تحقيق ذلك من خلال بروتوكولات التمايز الموجهة.

وفي السياق ذاته، الاختيار: اُختيرت العضيات العصبية التي أُنشئت من الخلايا التي عرى زلها عن طريق فرز الخلايا باستخدام تقنية FACS أو التشريح قبل الزراعة ثلاثية الأبعاد لضمان نقاء السلالة .

التجمعات العصبية

ومن ناحية أخرى، الأسيمبلويدات هي أنظمة عضوية ثلاثية الأبعاد أُنشئت عن طريق دمج أنواع مختلفة من العضيات/الكرويات/الخلايا لإنتاج نظام متكامل وظيفيًا. كانت الأنواع الأولى من الأسيمبلويدات عصبية ولكنها توسعت منذ ذلك الحين لتشمل نماذج أنسجة أخرى.

في هذا الإطار، تُنتج البروتوكولات الموجهة أنواعًا محددة من الخلايا، غالبًا ما تعكس تجمعات الخلايا من مناطق منفصلة. قد تُصعّب هذه البروتوكولات فهم كيفية تفاعل الأنسجة، كوظيفة الدماغ ككل أو التفاعلات بين أنواع الخلايا المختلفة أو مناطق الدماغ. وللتغلب على هذا القيد، يمكن للباحثين دمج هذه العضيات/الكرويات/أنواع الخلايا لتكوين أنظمة أكثر تعقيدًا.

من جانب آخر، في سنة 2017، نشرت ثلاثة مختبرات بروتوكولات لدمج العضيات الإقليمية: الكريات المجمعة (باشكا)، والعضيات المدمجة (كنوبليش)، والعضيات المدمجة بين منطقة MGE والقشرة الدماغية (بارك). ونظرًا لتقارب الفترة الزمنية لهذه المنشورات، تُعتبر عمومًا اكتشافات متزامنة.

التنظيم الذاتي المبكر

النمذجة الخاصة بالمنطقة (الموجهة)

من جانب آخر، في سنة 2013، طوّر كلٌّ من مادلين لانكستر ويورغن نوبليش بروتوكول العضيات الدماغية. من خلال تضمين الأنسجة العصبية الظهارية في قطرات من مادة ماتريجيل وزراعتها في مفاعلات حيوية دوّارة، حسّنا امتصاص العناصر الغذائية ومكّنا الأنسجة من النمو بشكل أكبر مع زيادة تعقيدها. عزّزت هذه الطريقة التمايز غير الموجّه، مما أدى إلى إنتاج عضيات دماغية كاملة تحتوي على مناطق دماغية متعددة (الدماغ الأمامي، والدماغ المتوسط، والدماغ الخلفي) فضلًا عن تراكيب غير عصبية مثل الضفيرة المشيمية.

• تباين البروتوكولات (2013-2017)
• بعد العمل الرائد الذي قام به ساساي، انقسم المجال إلى منهجين رئيسيين:
• نمذجة الدماغ بالكامل (بدون توجيه)

ومن ناحية أخرى، في عام 2017، وسّع فريق يورغن نوبليش (باغلي وآخرون) نطاق المنهجيات الموجهة لإنتاج عضيات الدماغ الأمامي البطني (تحت القشرة) باستخدام عوامل تشكيل محددة. ومن خلال معالجة الأنسجة بمثبطات WNT ومنشطات SHH، نجحوا في تشكيل عضيات لتمثيل النتوء العقدي الإنسي (MGE). كما تُمكّن هذه البروتوكولات الموجهة من إنتاج أنسجة عالية التكرار ومحددة المنطقة، والتي يمكن دمجها لاحقًا لدراسة الدوائر العصبية .

ومن ناحية أخرى، منذ عام 2015، طوّر الباحثون أساليب لتقييد التمايز إلى سلالات عصبية محددة باستخدام جزيئات صغيرة (التمايز الموجه). وقد وضع مختبر سيرجيو باشكا بروتوكول الكريات القشرية، الذي يستعمل تثبيط SMAD المزدوج لتوجيه الخلايا نحو مصير الدماغ الأمامي الظهري.

ومن جهة أخرى، Pوضع يوشيكي ساساي وزملاؤه الأساس التكنولوجي للأعضاء العصبية في مركز ريكين لبيولوجيا النمو في أوائل القرن الحادي والعشرين. في سنة 2008 ، طوّر فريق ساساي طريقة SFEBq (زراعة عائمة خالية من المصل لتجمعات شبيهة بالأجسام الجنينية مع إعادة تجميع سريعة). أثبتت هذه التقنية أن الخلايا الجذعية متعددة القدرات قادرة على التنظيم الذاتي لتكوين أنسجة قشرية مستقطبة دون الحاجة إلى دعامات خارجية. وتم توسيع نطاق هذا العمل لاحقًا في عام 2011 لإنتاج أكواب بصرية (شبكية) ذاتية التنظيم، مما أثبت إمكانية تكوّن تراكيب عصبية معقدة من خلال برامج خلوية داخلية بحتة. أرست طريقة SFEBq التي ابتكرها ساساي مبادئ التنظيم الذاتي الداخلي التي تقوم عليها كل من البروتوكولات الحديثة غير الموجهة (لانكستر) وطرق الحث القشري الموجهة (باشكا).