اتصال عصبی عضلانی – جایی که اعصاب و فیبرهای عضلانی به هم می رسند – سیناپس اصلی برای انقباض و حرکت عضلات است. عملکرد نامناسب این اتصالات می تواند منجر به ایجاد بیماری های عصبی عضلانی پیشرونده شود که برخی از آنها درمان موثری ندارند (مانند بیماری لو گریگ). اکنون محققان با بودجه NIBIB راهی برای مدل‌سازی ارتباط عصبی عضلانی انسان با رشد این سیناپس‌ها در آزمایشگاه پیدا کرده‌اند که می‌تواند درمان‌های جدید بیماری‌های عصبی عضلانی را سرعت بخشد.
دیوید رامپولا، Ph.D.، مدیر علوم و فناوری کشف در NIBIB گفت: «به طور سنتی، تحقیقات عصبی-عضلانی بر مدل‌های حیوانی کوچک تکیه می‌کردند، اما سیناپس انسان دارای تفاوت‌های کلیدی است که در نهایت کاربرد مطالعات حیوانی را محدود می‌کند. در اینجا، نویسندگان مطالعه روشی را برای ارزیابی اتصال عصبی عضلانی با استفاده از مدل‌های بافت سه بعدی انسانی ایجاد کرده‌اند که امکان نمایش دقیق‌تری از بیماری‌های انسانی را فراهم می‌کند.
اتصال عصبی عضلانی اساساً از دو نوع سلول مختلف تشکیل شده است: سلول‌های ماهیچه‌ای اسکلتی و نوعی سلول عصبی به نام نورون‌های حرکتی. نورون های حرکتی با کانال های یونی پوشیده شده اند که در پاسخ به سیگنال های الکتریکی از مغز باز می شوند. هنگامی که این کانال های یونی باز می شوند، یک سری واکنش های آبشاری به سیگنال اجازه می دهد تا به سلول های ماهیچه ای اسکلتی برسد و در نهایت منجر به انقباض عضلانی شود. بنابراین، برای تولید یک مدل سه بعدی از اتصال عصبی عضلانی انسان، محققان مجبور شدند هر دو نوع سلول را به دست آورند و رشد دهند. آنها یا با استفاده از بیوپسی عضله از یک اهداکننده، که سلول‌های عضلانی و سلول‌های عصبی مشتق‌شده ژنتیکی از آن جدا شدند، یا با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی که از نظر ژنتیکی برای ساخت هر دو نوع سلول اصلاح شده بودند، به این هدف دست یافتند.
هنگامی که آنها سلول های لازم را به دست آوردند و مدل های خود را رشد دادند، محققان باید راهی برای اندازه گیری نحوه عملکرد اتصال عصبی عضلانی پیدا می کردند. برای انجام این کار، آنها نورون های حرکتی را اصلاح ژنتیکی کردند تا کانال های یونی را بیان کنند که در معرض نور آبی باز می شوند. این رویکرد که اپتوژنتیک نام دارد، به محققان اجازه می‌دهد تا نورون‌های حرکتی را دقیقاً با نور تحریک کرده و سپس انقباضات عضلانی حاصل را تجزیه و تحلیل کنند. به این ترتیب، محققان می توانند مستقیماً اتصال عصبی عضلانی را کنترل کرده و تغییرات عملکرد آن را کمی سازی کنند.
برای کنترل و نظارت کامل بر این الگوهای حساس به نور، محققان نورون‌های حرکتی و سلول‌های ماهیچه‌ای را در اتاق‌های مجزا اما مجاور رشد می‌دهند و به آکسون‌ها (رشته‌های نازکی که تکانه‌های عصبی را حمل می‌کنند) اجازه می‌دهند از نورون‌ها جوانه بزنند و به سلول‌های عضلانی بروند. سپس محققان یک پلت فرم اپتوالکترونیکی سفارشی برای تحریک و فیلمبرداری از مدل های خود طراحی کردند. آنها سپس می‌توانند تجزیه و تحلیل کنند که بافت‌های عضلانی در پاسخ به تحریک (نور آبی) چقدر خوب منقبض می‌شوند.
گوردانا وونجاک، نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح داد: «علاوه بر مطالعه اتصال عصبی عضلانی سالم، روش ما همچنین می‌تواند برای مدل‌های خاص بیمار، یا برای تشخیص بیماری یا احتمالاً برای ارزیابی درمان‌های جدید برای بیماری‌های عصبی-عضلانی سخت‌درمان، سازگار شود.» نواکوویچ، دکترا، استاد دانشگاه و استاد بنیاد میکاتی، استاد مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه کلمبیا در نیویورک.
در واقع، در مطالعه خود، محققان مدل های خود را در معرض سرم گرفته شده از بیماران مبتلا به میاستنی گراویس قرار دادند، یک بیماری خود ایمنی که به اتصال عصبی عضلانی حمله می کند و باعث ضعف عضلانی می شود. محققان دریافتند که قرار گرفتن در معرض این سرم به طور چشمگیری عملکرد مدل های انسانی آنها را مختل می کند و نشان می دهد که سیستم آنها می تواند برای مدل سازی بیماری های انسانی استفاده شود.
Vunjak-Novakovic خاطرنشان کرد: پلت فرم ما نشان می دهد که می توانیم عملکرد هر دو مدل سالم و بیمار پیوند عصبی عضلانی انسان را به روشی بی طرفانه و قابل تکرار تعیین کنیم.
Olaia F. Vila، نویسنده اول مطالعه، Ph.D.، که اکنون دانشمند Amgen در سانفرانسیسکو است، می گوید: «رویکردهای جدید برای درمان بیماری های تخریب کننده عصبی به فوریت مورد نیاز است، زیرا دهه ها تحقیق پیشرفت درمانی محدودی را به همراه داشته است. ما امیدواریم که مدل‌های ما از اتصال عصبی عضلانی انسان در آینده نزدیک برای کمک به کشف داروها و درمان‌های جدید برای برخی از این بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرد.»
این مطالعه در گزارش شده است بیومواد.
این کار با دو کمک مالی از NIBIB (EB025765 و EB027062) همراه با کمک مالی از موسسه ملی علوم بهداشت محیطی (NIEHS؛ کمک هزینه U01ES032673) و یک جایزه از وزارت دفاع ایالات متحده (DOD؛ شماره جایزه W81XWH -18-) حمایت شد. 1-0095). یکی از نویسندگان مطالعه از مؤسسه ملی قلب، ریه و خون (NHLBI؛ کمک های مالی R01HL130533، R01HL135358، و P01HL146366)، مؤسسه ملی چشم (NEI؛ کمک مالی R01EY028249)، و مؤسسه ملی پیری (NIA) کمک مالی دریافت کرد. .
مرجع مطالعه: Olaia F. Vila et al. یک مدل اپتوژنتیکی مهندسی شده از اتصال عصبی عضلانی انسان بیوموادجلد 276 (2021). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121033
درباره تصویر (گرافیک برتر): این گرافیک برای این برجسته اقتباس شده است و تحت مجوز Creative Commons است. Attribution-ShareAlike 4.0 International مجاز.
