انقلابی در مطالعه مغز با فناوری‌های تک سلولی

فناوری‌های توالی‌یابی RNA تک سلولی (scRNA-seq) و ترنسکریپتومیکس فضایی، پنجره‌ای جدید به سوی درک سلول‌های مغز و مکانیسم‌های بیماری‌های عصبی گشوده‌اند. این روش‌ها امکان بررسی هزاران ژن در هزاران سلول را به صورت همزمان فراهم می‌کنند و نقشه‌ای دقیق از تنوع سلولی و مکانیسم‌های بیماری‌زا ارائه می‌دهند.

فناوری‌های کلیدی

 scRNA-seq و snRNA-seq

scRNA-seq: توالی‌یابی RNA سلول‌های منفرد پس از جداسازی از بافت.

snRNA-seq: توالی‌یابی RNA هسته‌های سلولی که برای بافت‌های منجمد یا ثابت‌شده مناسب است.

مزایا: شناسایی انواع سلول‌های نادر، ردیابی تغییرات ژنی در بیماری‌ها، و مطالعه تکامل مغز.

ترنسکریپتومیکس فضایی:

حفظ اطلاعات مکانی ژن‌ها در بافت و نقشه‌برداری از بیان ژن در موقعیت‌های خاص.

کاربرد: بررسی ارتباط بین ساختار بافت و بیماری‌هایی مانند آلزایمر و اماس.

کشف‌های کلیدی در بیماری‌های عصبی

۱. آسیب‌پذیری انتخابی نورون‌ها

آلزایمر: نورون‌های بیان‌کننده  RORB در قشر انتورینال بیشترین آسیب را می‌بینند.

پارکینسون: زیرگروهی از نورون‌های دوپامینرژیک با بیان  SOX6 و  AGTRI در برابر تخریب آسیب‌پذیرند.

اوتیسم: کاهش بیان ژن‌های مرتبط با نورون‌های تحریکی در لایه‌های ۲ و ۳ قشر پیشانی.

۲. اختلالات نوروایمیون

میکروگلیاهای مرتبط با بیماری (DAM): در آلزایمر و ALS، این سلول‌ها با افزایش بیان ژن‌های التهابی مانند TREM2 و APOE همراهند.

اماس: افزایش جمعیت سلول‌های T فولیکولار در مایع مغزی-نخاعی که پاسخ خودایمنی را تقویت می‌کنند.

۳. پاسخ به درمان

گلیوبلاستوما: شناسایی زیرگروه‌های سلول‌های بنیادی سرطان که به درمان مقاومند.

مدولوبلاستوما: سلول‌های بیان‌کننده OLIG2 در عود تومور نقش کلیدی دارند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

جداسازی سلول‌ها: آسیب به RNA در حین جداسازی سلول‌ها و تأثیر آن بر نتایج.

هزینه بالا: توالی‌یابی فضایی هنوز گران و پیچیده است.

تحلیل داده‌ها: حجم عظیم داده‌ها و نیاز به الگوریتم‌های پیشرفته برای پردازش.

جهت‌گیری‌های آینده

۱. ادغام چنداومیکس: ترکیب داده‌های ژنومی، پروتئومی و اپی‌ژنتیک در سطح تکسلولی.

۲. تشخیص شخصی‌شده: استفاده از ترنسکریپتومیکس فضایی برای شناسایی دقیق نواحی آسیب‌دیده در تومورها.

۳. درمان‌های هدفمند: توسعه داروهایی که به‌طور خاص زیرگروه‌های سلولی بیماری‌زا را هدف قرار می‌دهند.

جمع‌بندی

ترنسکریپتومیکس تکسلولی و فضایی، انقلابی در درک ما از مغز و بیماری‌های عصبی ایجاد کرده است. این فناوری‌ها نه تنها به شناسایی مکانیسم‌های بیماری کمک می‌کنند، بلکه راه را برای توسعه درمان‌های دقیق و شخصی‌شده هموار می‌سازند. با کاهش هزینه‌ها و بهبود فناوری‌ها، آینده پزشکی عصبی به‌طور فزاینده‌ای به داده‌های تکسلولی وابسته خواهد بود.

منبع :

Single-cell and spatial transcriptomics: deciphering brain complexity in health and disease