במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מדעי המוח בטבע, חוקרים בארצות הברית זיהו והעריכו כימיקלים סביבתיים המעכבים את התפתחות האוליגודנדרוציטים באמצעות מנגנונים מגוונים, והעריכו את ההשפעות הנוירו-התפתחותיות שלהם.
מחקר: כימיקלים סביבתיים פוגעים בהתפתחות אוליגודנדרוציטים. קרדיט תמונה: Lightspring / Shutterstock
רקע כללי
חשיפה של בני אדם לכימיקלים סביבתיים, במיוחד בשלבי ההתפתחות הקריטיים של מערכת העצבים המרכזית של ילדים, מעוררת דאגות בריאותיות משמעותיות. חומרים כמו מתיל כספית, עופרת וביפנילים פולי-כלוריים קשורים לשיבוש התפתחות המוח, ועשויים לתרום לשכיחות הגוברת של הפרעות נוירו-התפתחותיות כמו אוטיזם והפרעות קשב וריכוז (ADHD). מגמות אלו מצביעות על כך שגורמים סביבתיים ממלאים תפקיד קריטי מעבר לגנטיקה. אוליגודנדרוציטים, חיוניים לתפקוד המוח באמצעות מיאלינציה ותמיכה נוירונית, רגישים במיוחד לחומרים כימיים אלה מהתפתחות העובר ועד לגיל ההתבגרות. למרות משמעותם, מחקר מוגבל התמקד בהשפעה של רעלנים סביבתיים על אוליגודנדרוציטים. פער זה מדגיש את הצורך בחקירה נוספת לגבי האופן שבו כימיקלים אלו משפיעים על התפתחות אוליגודנדרוציטים וזיהוי דרכים לנטרל את ההשפעות המזיקות שלהם על התפתחות עצבית.
לגבי המחקר
המחקר הנוכחי דבק בסטנדרטים האתיים שנקבעו על ידי האגודה הבינלאומית לחקר תאי גזע והמכונים הלאומיים לבריאות, שקיבלו אישור מהוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב. תאי מבשר אוליגודנדרוציטים של עכבר (OPCs) התורבתו מתאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSCs), בעקבות פרוטוקולים מבוססים שכללו הסרת iPSCs משכבת הזנה, ניתוקם ולאחר מכן טיפוחם במדיום המסייע להתרחבות והבשלה של OPC. מצע התרבות הוחלף ביום העשירי כדי לקדם פיתוח OPC, תוך שימוש בשילוב ספציפי של תוספי מזון להעשרת אוכלוסיות OPC. בנוסף, OPCs ואסטרוציטים עכברים ראשוניים נגזרו מרקמת מוח של עכבר מנותחת, כאשר התאים עוברים תרבית במדיה שהוכנה במיוחד כדי לעודד את הצמיחה של OPCs ואסטרוציטים, בהתאמה.
אורגנואידים בקליפת המוח האנושיים נוצרו מתאי גזע עובריים ו-iPSCs, בהתאם להנחיות מחמירות של תאי גזע. אורגנואידים אלה תורבו במדיום מותאם להרחבת ובידול OPC, תוך שילוב גורמי גדילה ותוספי תזונה שונים. סינון כימי על OPCs השתמש בספרייה הכימית של חזאי הרעילות של הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (US EPA) כדי לזהות תרכובות שמשבשות את פיתוח OPC.
שיטות שונות, כולל אימונוציטוכימיה, הדמיה בעלת תוכן גבוה ומבחני כדאיות תאים, הופעלו כדי להעריך את ההשפעה של כימיקלים על OPCs. בנוסף, המחקר חקר את ההשפעות של תרכובות רבעוניות ספציפיות על כדאיות התא, תוך שימוש במגוון של מערכי ניסוי על פני סוגי תאים שונים כדי להבין את פרופילי הרעילות של התרכובות.
תוצאות המחקר
המחקר הנוכחי פיתח שיטת סקר בתפוקה גבוהה כדי להעריך את ההשפעה של כימיקלים סביבתיים על התפתחות תאי גזע פלוריפוטנטיים של עכברים (mPSCs)- OPCs שמקורם באוליגודנדרוציטים. בין 1,823 הכימיקלים שנבדקו, נמצאה סלקציה ציטוטוקסית להתפתחות אוליגודנדרוציטים או מעכבת את יצירתם מבלי לגרום לציטוטוקסיות. הבדיקה העלתה שלרוב הכימיקלים לא הייתה השפעה משמעותית על התפתחות או כדאיות של אוליגודנדרוציטים, אולם 292 זוהו כציטוטוקסיים ו-47 כמעכבים של יצירת אוליגודנדרוציטים.
חקירה נוספת באמצעות מבחן MTS, המודד פעילות מטבולית כאינדיקטור לקיום התא, אימתה את ההשפעות הציטוטוקסיות של כימיקלים מסוימים. השוואה של פרופילי ציטוטוקסיות על פני סוגי תאים שונים, כולל אסטרוציטים של עכברים ונתונים מה-EPA האמריקאי, זיהו תרכובות רבעוניות כציטוטוקסיות באופן סלקטיבי לאוליגודנדרוציטים. תרכובות אלו, המאופיינות בחנקן מרכזי עם ארבע קבוצות אלקיל, הדגימו רגישות טוקסיקולוגית ספציפית בפיתוח אוליגודנדרוציטים. המחקר גם חקר את ההפעלה של תגובת הלחץ המשולבת (ISR) כמנגנון פוטנציאלי לציטוטוקסיות המושרה על ידי תרכובות רבעוניות.
תרכובות רבעוניות נבדקו גם על יכולתן לחצות את מחסום הדם-מוח ונמצאו ברקמת המוח בריכוזים ננומולריים לאחר מתן לעכברים. יתר על כן, המחקר התרחב למודלים אורגנואידים עצביים אזוריים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים, ואישר כי תרכובות רבעוניות עלולות לשבש את התפתחות האוליגודנדרוציטים האנושיים, ולהפחית את הצפיפות של SOX10+ OPCs ואוליגודנדרוציטים.
בנוסף, הסקר זיהה מעכבי בעירה אורגנו-פוספטים כמעכבים של התפתחות אוליגודנדרוציטים. הוכח כי תרכובות אלו עוצרות את ההתקדמות של אוליגודנדרוציטים מוקדמים עד בינוניים ובוגרים. ממצאי המחקר הורחבו למודלים in vivo ו-in vitro של התפתחות המוח האנושי, והוכיחו כי חשיפה למעכבי בעירה אורגנופוספטים, במיוחד Tris(1,3-dichloro-2-propyl) פוספט (TDCIPP), הפחיתה באופן משמעותי את מספר SOX10+ אוליגודנדרוציטים CC1+ במודלים של עכברים וגם בבני אדם.
לבסוף, המחקר השתמש בנתונים מהסקר הלאומי לבריאות ותזונה (NHANES) כדי לחקור קשרים בין חשיפה למעכבי בעירה אורגנו-פוספטים לבין תוצאות נוירו-התפתחותיות בילדים. רמות גבוהות של פוספט ביס(1,3-דיכלורו-2-פרופיל) בשתן (BDCIPP), מטבוליט המעיד על חשיפה ל-TDCIPP, היו קשורות לעלייה בסבירות לצורכי חינוך מיוחד וחוסר תפקוד מוטורי גס, מה שמצביע על קשר חזק בין להבת זרחן אורגנית. חשיפה מעכבת ותוצאות נוירו-התפתחותיות שליליות.
