ซาลาแมนเดอร์ ‘หนุ่มตลอดกาล’ สามารถปลูกสมองได้เอง

axolotl  Ambystoma mexicanum  เป็นสัตว์เลี้ยงยอดนิยมเนื่องจากมีลักษณะเฉพาะและน่ารัก

ต่างจากซาลาแมนเดอร์ตัวอื่นๆ ที่กำลังเปลี่ยนแปลง axolotls (ออกเสียงว่า ACK-suh-LAH-tuhl) ไม่เคยโตเกินตัวอ่อนของพวกมัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า neoteny นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักสำหรับความสามารถในการงอกใหม่ของแขนขาที่หายไปและเนื้อเยื่ออื่น ๆ เช่น สมอง ไขสันหลัง หาง ผิวหนัง แขนขา ตับ กล้ามเนื้อโครงร่าง หัวใจ กรามบนและล่าง และเนื้อเยื่อตา เช่น เรตินา กระจกตา และ เลนส์

เมื่อได้รับบาดเจ็บที่สมอง สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมทั้งมนุษย์ เกือบจะไม่สามารถสร้างเนื้อเยื่อที่หายไปใหม่ได้ ในทางตรงกันข้าม สัตว์บางชนิด เช่น ปลาและแอกโซลอเติลอาจเติมเต็มบริเวณสมองที่ได้รับบาดเจ็บด้วยเซลล์ประสาทใหม่

การฟื้นฟูสมองต้องการการประสานงานของการตอบสนองที่ซับซ้อนในเวลาและลักษณะเฉพาะของภูมิภาค เพื่อให้เข้าใจกระบวนการนี้ดีขึ้น BGI และพันธมิตรด้านการวิจัยได้ใช้เทคโนโลยี Stereo-seq เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมสมอง axolotl ใหม่ในระหว่างการพัฒนาและการสร้างกระบวนการใหม่ที่ความละเอียดเซลล์เดียวใน  การศึกษาที่ตีพิมพ์บนหน้าปก ของScience การตรวจสอบยีนและประเภทเซลล์ที่อนุญาตให้ axolotls สร้างสมองใหม่อาจเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงการรักษาอาการบาดเจ็บรุนแรงและปลดล็อกศักยภาพในการฟื้นฟูในมนุษย์

ทีมวิจัยได้รวบรวมตัวอย่าง axolotl จากขั้นตอนการพัฒนาหกขั้นตอนและขั้นตอนการสร้างใหม่เจ็ดขั้นตอนด้วยข้อมูล spatiotemporal Stereo-seq ที่สอดคล้องกัน หกขั้นตอนการพัฒนารวมถึง:

– ระยะการให้อาหารแรกหลังฟัก (ระยะ 44)
– ขั้นตอนการพัฒนาขาหน้า (ระยะ 54);
– ขั้นตอนการพัฒนาขาหลัง (ระยะ 57);
– เวทีเยาวชน;
– วัยผู้ใหญ่;
– การเปลี่ยนแปลง

จากการศึกษาอย่างเป็นระบบของชนิดเซลล์ในระยะการพัฒนาต่างๆ นักวิจัยพบว่าในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดจากประสาทที่อยู่ในบริเวณ VZ นั้นยากที่จะแยกแยะระหว่างชนิดย่อย และกับชนิดย่อยของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทเฉพาะที่มีลักษณะเชิงพื้นที่จากวัยรุ่น จึงแนะนำ ที่ชนิดย่อยต่าง ๆ อาจมีหน้าที่แตกต่างกันในระหว่างการฟื้นฟู

ในส่วนที่สามของการศึกษา นักวิจัยได้สร้างกลุ่มข้อมูลการถอดรหัสเชิงพื้นที่ของส่วนเทเลนเซฟาลอนซึ่งครอบคลุมขั้นตอนการสร้างใหม่ที่เกิดจากการบาดเจ็บเจ็ดขั้นตอน หลังจากผ่านไป 15 วัน ชนิดย่อยใหม่ของเซลล์ต้นกำเนิดประสาท reaEGC (เซลล์ ependymoglial ปฏิกิริยา) ปรากฏขึ้นที่บริเวณบาดแผล

เนื้อเยื่อบางส่วนปรากฏขึ้นที่แผล และหลังจากผ่านไป 20 ถึง 30 วัน เนื้อเยื่อใหม่ก็ถูกสร้างขึ้นใหม่ แต่องค์ประกอบประเภทเซลล์แตกต่างจากเนื้อเยื่อที่ไม่ได้รับบาดเจ็บอย่างมีนัยสำคัญ ชนิดและการกระจายของเซลล์ในบริเวณที่เสียหายไม่กลับสู่สภาพของเนื้อเยื่อที่ไม่ได้รับบาดเจ็บจนกว่าจะถึง 60 วันหลังการบาดเจ็บ

ชนิดย่อยของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทที่สำคัญ (reaEGC) ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้มาจากการกระตุ้นและการเปลี่ยนแปลงของชนิดย่อยของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทที่สงบนิ่ง (wntEGC และ sfrpEGC) ใกล้แผลหลังจากถูกกระตุ้นโดยการบาดเจ็บ

อะไรคือความคล้ายคลึงและความแตกต่างระหว่างการก่อตัวของเซลล์ประสาทในระหว่างการพัฒนาและการงอกใหม่ นักวิจัยค้นพบรูปแบบที่คล้ายคลึงกันระหว่างการพัฒนาและการงอกใหม่ ซึ่งมาจากเซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทไปจนถึงเซลล์ต้นกำเนิด ต่อมาเป็นเซลล์ประสาทที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ และในที่สุดก็กลายเป็นเซลล์ประสาทที่เจริญเต็มที่ในที่สุด

เมื่อเปรียบเทียบลักษณะทางโมเลกุลของกระบวนการทั้งสอง นักวิจัยพบว่ากระบวนการสร้างเซลล์ประสาทมีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในระหว่างการสร้างและการพัฒนา ซึ่งบ่งชี้ว่าการบาดเจ็บจะกระตุ้นให้เซลล์ต้นกำเนิดจากประสาทเปลี่ยนตัวเองเป็นสภาวะการพัฒนาที่ฟื้นฟูเพื่อเริ่มต้นกระบวนการสร้างใหม่

“ทีมของเราวิเคราะห์ประเภทเซลล์ที่สำคัญในกระบวนการฟื้นฟูสมอง axolotl และติดตามการเปลี่ยนแปลงในสายเลือดเซลล์เชิงพื้นที่” ดร. Xiaoyu Wei ผู้เขียนคนแรกของบทความนี้และนักวิจัยอาวุโสของ BGI-Research กล่าว “พลวัตเชิงพื้นที่ของประเภทเซลล์หลักที่เปิดเผยโดย Stereo-seq ทำให้เราเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการปูทิศทางการวิจัยใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต”

Xun Xu ผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง ผู้อำนวยการ Life Sciences ที่ BGI-Research กล่าวว่า “โดยธรรมชาติแล้ว มีสายพันธุ์ที่สร้างตัวเองใหม่ได้มากมาย และกลไกของการฟื้นฟูก็ค่อนข้างหลากหลาย ด้วยวิธี multi-omics นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกอาจทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบมากขึ้น”

หมายเหตุ: การศึกษานี้ผ่านการทบทวนด้านจริยธรรมและปฏิบัติตามกฎระเบียบและแนวทางจริยธรรมที่เกี่ยวข้อง

หน้าแรก