นักวิทยาศาสตร์ได้เพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทมากกว่า 400 ชนิดจากเซลล์ต้นกำเนิด

เซลล์ประสาทไม่ได้เป็นเพียงเซลล์ประสาทเท่านั้น เมื่อพิจารณาอย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้ว การประเมินล่าสุดชี้ให้เห็นว่ามีเซลล์ประสาทหลายร้อยหรือหลายพันชนิดในสมองมนุษย์ เซลล์ประสาทแต่ละชนิดมีหน้าที่แตกต่างกัน จำนวนและระยะเวลาของกระบวนการ และวิธีการเชื่อมต่อกัน เซลล์ประสาทจะปล่อยสารสื่อประสาทที่แตกต่างกันเข้าสู่ไซแนปส์ และเซลล์ประสาทแต่ละชนิดจะทำงานแตกต่างกันออกไปตามบริเวณของสมอง เช่น เปลือกสมองหรือสมองส่วนกลาง

เมื่อนักวิทยาศาสตร์เพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทจากเซลล์ต้นกำเนิดในจานเพาะเลี้ยงเพื่อการทดลอง พวกเขาไม่สามารถอธิบายความหลากหลายทั้งหมดนี้ได้ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทเพียงไม่กี่สิบชนิดในหลอดทดลอง เพื่อทำเช่นนี้ พวกเขาใช้วิธีพันธุวิศวกรรมหรือเติมโมเลกุลส่งสัญญาณเพื่อกระตุ้นเส้นทางส่งสัญญาณภายในเซลล์เฉพาะ แต่พวกเขาก็ยังไม่สามารถจับภาพความหลากหลายของเซลล์ประสาทหลายร้อยหรือหลายพันชนิดที่มีอยู่ในร่างกายได้

“เซลล์ประสาทที่ได้จากเซลล์ต้นกำเนิดมักถูกนำมาใช้ศึกษาโรคต่างๆ แต่จนถึงขณะนี้ นักวิจัยมักมองข้ามว่าเซลล์ประสาทชนิดใดที่พวกเขากำลังศึกษาอยู่” บาร์บารา ทรอยท์ไลน์ ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมชีวระบบ มหาวิทยาลัย ETH ซูริก ในเมืองบาเซิล กล่าว

อย่างไรก็ตาม เธอบอกว่านี่ไม่ใช่แนวทางที่ดีที่สุดสำหรับงานดังกล่าว

"หากเราต้องการพัฒนาโมเดลเซลล์เพื่อศึกษาโรคและความผิดปกติ เช่น อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน และภาวะซึมเศร้า เราจำเป็นต้องพิจารณาประเภทเฉพาะของเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางพยาธิวิทยา"

การคัดกรองอย่างเป็นระบบเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จ

ปัจจุบัน Treutlein และทีมของเธอประสบความสำเร็จในการผลิตเซลล์ประสาทประเภทต่างๆ ได้มากกว่า 400 ชนิด ซึ่งช่วยปูทางไปสู่การวิจัยทางระบบประสาทพื้นฐานที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้การเพาะเลี้ยงเซลล์

นักวิทยาศาสตร์จาก ETH ประสบความสำเร็จในการทำงานร่วมกับเซลล์ต้นกำเนิดพลูริโพเทนต์ที่เหนี่ยวนำโดยมนุษย์ ซึ่งได้มาจากเซลล์เม็ดเลือด ในเซลล์เหล่านี้ พวกเขาได้ดัดแปลงพันธุกรรมยีนควบคุมเซลล์ประสาทบางชนิด และรักษาเซลล์ด้วยมอร์โฟเจนชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นโมเลกุลส่งสัญญาณชนิดพิเศษ ทีมของ Treutlein ใช้วิธีการอย่างเป็นระบบ คือใช้มอร์โฟเจน 7 ชนิดในส่วนผสมและความเข้มข้นที่แตกต่างกันในการทดลองคัดกรอง ซึ่งท้ายที่สุดแล้วได้ชุดสภาวะการทดลองที่แตกต่างกันเกือบ 200 ชุด

มอร์โฟเจน

มอร์โฟเจนเป็นสารส่งสัญญาณที่ทราบกันดีจากการศึกษาพัฒนาการของตัวอ่อน มอร์โฟเจนมีการกระจายตัวไม่เท่ากันในตัวอ่อน และเมื่อความเข้มข้นต่างกันจะเกิดการไล่ระดับเชิงพื้นที่ ดังนั้น มอร์โฟเจนจึงกำหนดตำแหน่งของเซลล์ในตัวอ่อน เช่น เซลล์จะอยู่ใกล้กับแกนลำตัวมากขึ้น หรืออยู่ด้านหลัง บนหน้าท้อง ศีรษะ หรือลำตัว ดังนั้น มอร์โฟเจนจึงช่วยกำหนดโครงสร้างที่จะก่อตัวขึ้นในส่วนต่างๆ ของร่างกาย

นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคการวิเคราะห์ที่หลากหลายเพื่อแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถรวบรวมเซลล์ประสาทได้มากกว่า 400 ชนิดในการทดลองนี้ พวกเขาศึกษา RNA (และกิจกรรมทางพันธุกรรม) ในระดับเซลล์แต่ละเซลล์ รวมถึงลักษณะและหน้าที่ของเซลล์ เช่น กระบวนการของเซลล์ประเภทใด และกระแสประสาทที่ปล่อยออกมาเป็นอย่างไร

จากนั้นนักวิจัยจึงเปรียบเทียบข้อมูลกับข้อมูลจากฐานข้อมูลเซลล์ประสาทสมองมนุษย์ ซึ่งทำให้สามารถระบุชนิดของเซลล์ประสาทที่ถูกสร้างขึ้น เช่น เซลล์ประสาทส่วนปลายหรือเซลล์สมอง รวมถึงบริเวณสมองที่เซลล์ประสาทเหล่านั้นมาจาก และหน้าที่ของเซลล์เหล่านี้ เช่น การรับรู้ความเจ็บปวด ความหนาวเย็น การเคลื่อนไหว ฯลฯ

เซลล์ประสาทในหลอดทดลองสำหรับการค้นหาสารออกฤทธิ์

Treutlein กล่าวว่าพวกเขายังคงห่างไกลจากความสามารถในการผลิตเซลล์ประสาททุกชนิดที่มีอยู่ในร่างกายในหลอดทดลอง อย่างไรก็ตาม ขณะนี้นักวิจัยสามารถเข้าถึงเซลล์ประเภทต่างๆ ได้มากกว่าเดิมมาก

พวกเขาต้องการใช้เซลล์ประสาทที่เพาะเลี้ยงในหลอดทดลองเพื่อพัฒนาแบบจำลองเซลล์สำหรับศึกษาโรคทางระบบประสาทที่ร้ายแรง ได้แก่ โรคจิตเภท อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน โรคลมชัก โรคนอนไม่หลับ และโรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง แบบจำลองเซลล์เหล่านี้ยังเป็นที่สนใจอย่างมากในงานวิจัยด้านเภสัชกรรม ช่วยให้สามารถทดสอบประสิทธิภาพของสารประกอบออกฤทธิ์ใหม่ๆ ในเซลล์เพาะเลี้ยงได้โดยไม่ต้องใช้สัตว์ โดยมีเป้าหมายสูงสุดคือการเรียนรู้วิธีการรักษาโรคเหล่านี้ในสักวันหนึ่ง

ในอนาคตเซลล์เหล่านี้อาจนำไปใช้ในการบำบัดด้วยการทดแทนเซลล์ โดยจะแทนที่เซลล์ประสาทสมองที่เป็นโรคหรือตายแล้วด้วยเซลล์มนุษย์ใหม่

แต่ก่อนที่สิ่งนั้นจะเกิดขึ้นได้ มีปัญหาหนึ่งที่ต้องแก้ไข: ในการทดลองของพวกเขา นักวิจัยมักจะผลิตเซลล์ประสาทหลายชนิดผสมกัน ปัจจุบันพวกเขากำลังพัฒนาวิธีการให้เหมาะสมที่สุด เพื่อให้แต่ละสภาวะการทดลองผลิตเซลล์เฉพาะชนิดเดียวออกมา พวกเขามีแนวคิดเบื้องต้นเกี่ยวกับวิธีการนี้อยู่แล้ว