कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में छोटे मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के सिस्टम बनाए हैं जो यह अनुकरण करते हैं कि मानव तंत्रिका तंत्र में गति के संकेत कैसे यात्रा करते हैं। इस मॉडल का उपयोग करके, टीम ने पाया कि तंत्रिका क्षति जिसे कभी स्थायी माना जाता था, वास्तव में कुछ शर्तों के तहत प्रतिवर्ती हो सकती है।
जैसे-जैसे मानव शरीर भ्रूण से विकसित होकर गर्भस्थ शिशु और अंततः शिशु बनता है, न्यूरॉन्स मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के बीच जटिल संचार नेटवर्क बनाते हैं। ये संकेत एक्सॉन के माध्यम से यात्रा करते हैं, लंबे तंत्रिका तंतु जो न्यूरॉन्स को संदेश भेजने और मांसपेशियों की गति को नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं। हालांकि, समय के साथ, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र बड़े पैमाने पर क्षतिग्रस्त एक्सॉन को पुनर्विकसित करने की अपनी क्षमता खो देता है। परिणामस्वरूप, मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी की चोटें अक्सर स्थायी हो जाती हैं, जिससे पक्षाघात या गति की हानि जैसी गंभीर विकलांगताएं होती हैं। पुनर्योजी क्षमता का यह नुकसान मोटर न्यूरॉन रोग और मल्टीपल स्केलेरोसिस सहित तंत्रिका संबंधी रोगों से भी जुड़ा है।
2021 में, डॉ. एंड्रास लाकाटोस और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में उनके सहयोगियों ने रोगियों से ली गई स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके लघु मानव मस्तिष्क मॉडल विकसित किए। ये मटर के आकार के "ब्रेन ऑर्गेनॉइड" सेरेब्रल कॉर्टेक्स के कुछ हिस्सों से मिलते जुलते थे और शोधकर्ताओं को मोटर न्यूरॉन रोग से जुड़े आणविक परिवर्तनों का अध्ययन करने और उन्हें रोकने के तरीकों का पता लगाने की अनुमति देते थे। अब, सेल रिपोर्ट्स में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने उस काम का विस्तार करते हुए जुड़े हुए मानव मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी प्रणाली का एक लघु संस्करण बनाया। चूंकि मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी शरीर में अलग लेकिन जुड़ी हुई संरचनाएं हैं, टीम ने प्रयोगशाला में ऑर्गेनॉइड को शारीरिक रूप से अलग रखा। फिर उन्होंने मस्तिष्क के ऊतकों से एक्सॉन को अंतराल के पार बढ़ते और रीढ़ की हड्डी के ऊतकों से जुड़ते देखा। परिणामी तंत्रिका सर्किट मांसपेशी कोशिकाओं के छोटे समूहों में संकुचन को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त कार्यात्मक था।
वैज्ञानिकों ने इन लघु प्रणालियों को प्रयोगशाला में एक वर्ष से अधिक समय तक बनाए रखा। उन्होंने पाया कि विकास के लगभग 150वें दिन तक, जो मोटे तौर पर गर्भावस्था के मध्य चरण से मेल खाता है, क्षतिग्रस्त एक्सॉन अभी भी पुनर्विकसित हो सकते हैं। उस बिंदु के बाद, न्यूरॉन्स ने पुनर्जीवित करने की अपनी क्षमता में एक बड़ी गिरावट दिखाई। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के नैदानिक तंत्रिका विज्ञान विभाग से और अध्ययन के पहले लेखक जॉर्ज गिबन्स ने कहा: "कम परिपक्व ऑर्गेनॉइड से लिए गए न्यूरॉन्स ने चोट के बाद लंबे तंतुओं को पुनर्विकसित किया, लेकिन अधिक परिपक्व ऑर्गेनॉइड से लिए गए न्यूरॉन्स ने पुनर्विकसित करने की अपनी क्षमता में तेज गिरावट दिखाई। दूसरे शब्दों में, खराब पुनर्जनन मानव न्यूरॉन्स में उनके केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में परिपक्व होने के साथ निर्मित होता है।"
टीम ने मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी को जोड़ने वाले न्यूरॉन्स में जीन गतिविधि का विश्लेषण किया। उनके काम ने जीनों का एक नेटवर्क प्रकट किया जो एक जैविक स्विच की तरह काम करता है, न्यूरॉन्स के परिपक्व होने और सिनैप्स बनाने पर एक्सॉन वृद्धि को सीमित करता है। उल्लेखनीय रूप से, जब शोधकर्ताओं ने इस नेटवर्क के भीतर प्रमुख नियामकों को अवरुद्ध किया, तो न्यूरॉन्स ने फिर से एक्सॉन विकसित करने की क्षमता हासिल कर ली। शोधकर्ताओं ने इस नए पहचाने गए जीन नेटवर्क को प्रभावित करने वाली दवाओं की पहचान करने के लिए दवा यौगिकों के डेटाबेस की भी खोज की। एक आशाजनक उम्मीदवार लिनेस्ट्रेनॉल था, एक हार्मोन दवा जो वर्तमान में कुछ मासिक धर्म विकारों और गर्भनिरोधक उपयोग के लिए अनुमोदित है। जब दवा का परीक्षण क्षतिग्रस्त न्यूरॉन्स पर किया गया, तो इसने एक्सॉन पुनर्विकास में काफी सुधार किया।
वैज्ञानिकों ने नोट किया कि निशान ऊतक और सूजन भी चोट के बाद तंत्रिका मरम्मत में हस्तक्षेप कर सकते हैं। हालांकि, तंत्रिका-विशिष्ट जैविक तंत्र को समझना जो पुनर्जनन को सीमित करते हैं, महत्वपूर्ण बना हुआ है। पिछले सबूतों ने दिखाया है कि युवा न्यूरॉन्स उन वातावरणों के माध्यम से विकसित हो सकते हैं जो सामान्य रूप से चोट स्थलों पर मरम्मत को अवरुद्ध करते हैं। वरिष्ठ लेखक डॉ. एंड्रास लाकाटोस, जिन्होंने नैदानिक तंत्रिका विज्ञान विभाग में अध्ययन का नेतृत्व किया, ने कहा: "जब मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी क्षतिग्रस्त हो जाती है, तो तंत्रिका तंतु जो मस्तिष्क से रीढ़ की हड्डी तक गति संकेत ले जाते हैं, शायद ही कभी वापस बढ़ते हैं। यही कारण है कि पक्षाघात आमतौर पर स्थायी होता है। लेकिन हम ठीक से नहीं जानते थे कि एक्सॉन की पुनर्जीवित करने की क्षमता कब सीमित हो जाती है। हमारा मॉडल एक अच्छा अवसर प्रदान करता है।"