একটি সেরিব্রাল অর্গানয়েড (Cerebral Organoid) বা মস্তিষ্কের অর্গানয়েড (Brain Organoid) দ্বারা কৃত্রিমভাবে প্রস্তুতকৃত, ইন ভিট্রো বা শরীরের বাইরে, মস্তিষ্কের অনুরূপ ক্ষুদ্র অরগানয়েডকে বোঝায় যা কয়েক মাস ধরে একটি ত্রিমাত্রিক আবর্তনশীল বায়োরিয়েক্টরে মানব প্লুরিপোটেন্ট স্টেম সেল এর কালচারের মাধ্যমে তৈরি করা হয়। মানব মস্তিষ্ক ভিন্নধর্মী টিস্যুসমূহের একটি অত্যন্ত জটিল ব্যবস্থা এবং এটি নিউরনের অত্যন্ত বিচিত্র সমাহার নিয়ে গঠিত। এই জটিলতা মস্তিষ্কের গবেষণাকে এবং এটি কীভাবে কাজ করে তা বোজাকে একটি কঠিন কাজে পরিণত করে, বিশেষ করে যখন স্নায়বিক রোগের প্রসঙ্গ আসে তখন। ইন ভিট্রো বা শরীরের বাইরের স্নায়ুবিজ্ঞানগত মডেল তৈরির উদ্দেশ্য হচ্ছে এই রোগগুলোকে আরও সরল এবং পরিবর্তনশীল ক্ষেত্রে গবেষণা করা; যা ইন ভিভো বা শরীরের মধ্যে মস্তিষ্ক নিয়ে গবেষণা করার সীমাবদ্ধতা থেকে মুক্ত থাকবে, বিশেষ করে মানব মস্তিষ্ক নিয়ে কাজ করার ক্ষেত্রে। মানুষ এবং অন্যান্য স্তন্যপায়ী মডেলগুলির মধ্যে পরিবর্তিত শারীরবিজ্ঞানগত বৈশিষ্ট্যসমূহ স্নায়বিক অসুস্থতা সম্পর্কিত গবেষণার সুযোগকে সীমাবদ্ধ করে। সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি হচ্ছে একধরনের সংশ্লেষিত টিস্যু যা বিভিন্ন ধরনের স্নায়ু কোষ ধারণ করে এবং যার শারীরস্থানিক বৈশিষ্ট্যগুলি স্তন্যপায়ী মস্তিষ্কের অনুরূপ। সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি কর্টেক্স এবং কোরয়েড প্লেক্সাস নামক নিউরনের স্তরগুলির সাথে সর্বাধিক সদৃশ। কিছু ক্ষেত্রে, এতে রেটিনা, মেনিননেজ এবং হিপ্পোক্যাম্পাসের মতো কাঠামো তৈরি হতে পারে।স্টেম সেল থেকে বিভিন্ন ধরনের টিস্যু তৈরি হতে পারে, এবং সেখান থেকে কিরকম ট্যুসু তৈরি হবে তা অনেকগুলো বিষয়ের উপর নির্ভরশীল। নীচে এমন কিছু রাসায়নিক বিষয় দেখানো হচ্ছে যা স্টেম সেলগুলি বিভিন্ন স্নায়বিক টিস্যুতে পৃথকীকৃত বা পরিণত করতে পারে যা থেকে নির্দিষ্ট অর্গানয়েডের সৃষ্টি হয়। সেরিব্রাল অর্গানয়েডের সৃষ্টিতেও অনুরূপ কৌশল ব্যবহৃত হয়।
মডেলের বিকাশ
ইন ভিট্রো সেরিব্রাল অর্গানয়েডস তৈরির জন্য মানব প্লুরোপোটেন্ট স্টেম সেল ব্যবহার করে গবেষকগণ মানব স্নায়ুতন্ত্রের টিস্যুগুলির বর্তমান বিকাশের কৌশলকে প্রয়োগ করতে এবং পাশাপাশি মানব স্নায়বিক রোগের কারণ নিয়ে গবেষণা করতে পারবেন। সেরিব্রাল অর্গানয়েড হচ্ছে একটি তদন্তকারী সরঞ্জাম যা রোগ কীভাবে কাজ করে তা বোঝার জন্য ব্যবহৃত হয়। যেসব ক্ষেত্রে বর্তমান ইন ভিট্রো পদ্ধতিগুলো খুব সরল সেখানে এই অর্গানয়েডগুলি পরীক্ষা-নিরীক্ষায় ব্যবহার করা যেতে পারে, অন্যদিকে ইঁদুর বা অন্যান্য স্তন্যপায়ী মডেলের তুলনায় এই অর্গানয়েডগুলো আরও বেশি মানুষের ক্ষেত্রে উপযোগী। ঐতিহাসিকভাবে মানুষের মস্তিষ্কের ক্রিয়াকলাপে আঘাত বা মানসিক ব্যাধির মাধ্যমে মস্তিষ্ক কীভাবে কাজ করে সেসম্পর্কিত বড় বড় বৈজ্ঞানিক আবিষ্কার হয়েছে, যার মধ্য দিয়ে মস্তিষ্কের অঞ্চলগুলি কীভাবে কাজ করে তা বোঝা সম্ভব হয়েছে। একটি ইন ভিট্রো মানব মস্তিষ্কের মডেল মানব মস্তিষ্ককে বোঝার ক্ষেত্রে পরবর্তী তরঙ্গের সূচনা করবে।
প্রয়োগ
রোগ সম্পর্কিত রোগবিজ্ঞান এবং চিকিৎসা বিষয়ক গবেষণার সরঞ্জাম হিসাবে ব্যবহার ছাড়াও, সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলির ভবিষ্যতের প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে একজন মানব পোষক দেহে এর প্রত্যক্ষ অবরোপন বা ডিরেক্ট ইমপ্ল্যান্টেশন। পোষক দেহের মস্তিষ্কের ক্ষয়িষ্ণু (Neurodegeneration) অঞ্চলের টিস্যুর সাথে এই অরগানয়েড যুক্ত হয়ে যেতে পারে, পোষক কলার সংবহন তন্ত্রের সাথে এটি সংঘবদ্ধ হয়ে যেতে পারে, এবং এক্ষেত্রে রোগপ্রতিরোধী ব্যবস্থাও কোন বাঁধার সৃষ্টি করবে না। সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলির জন্য সম্ভাব্য প্রয়োগগুলির একটি তালিকা নীচে উল্লেখ করা হয়েছে।
সম্ভাব্য প্রয়োগগুলির মধ্যে রয়েছে:
- সেরিব্রাল অর্গানয়েডসের ক্ষেত্রে টিস্যু মরফোজেনেসিস কীভাবে মেরুদণ্ডী প্রাণীতে স্নায়বিক অঙ্গ তৈরি হয় তা নিয়ন্ত্রণ করে। সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি এই গঠন সম্পর্কিত গবেষণার ক্ষেত্রে ইন ভিট্রো সরঞ্জাম হিসেবে কাজ করে, এবং এটাকে নিয়ন্ত্রণ করার কৌশল বুঝতে সহায়তা করতে পারে।
- অভিপ্রায়ণ সংক্রান্ত গবেষণা
- সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি কৌষিক অভিপ্রায়ণ (cell migration) সংক্রান্ত গবেষণা করতে সহায়তা করতে পারে। নিউরাল গ্লিয়াল কোষ বিভিন্ন ধরনের স্নায়বিক কোষকে আচ্ছাদিত করে, যার মধ্যে কয়েকটি নিউরনের চারদিকে ঘোরে। যেসব কারণগুলি তাদের চলাচল পরিচালনা করে সেগুলি সম্পর্কে সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি ব্যবহার করে অধ্যয়ন করা যেতে পারে।
- ক্লোনাল লিনিয়েজ ট্রেসিং
- ক্লোনাল বংশের ট্রেসিং ভাগ্য মানচিত্রকরণের অংশ, যেখানে পৃথকীকৃত টিস্যুগুলির বংশগতিকে প্লুরিপোটেন্ট প্রোজেনিটরে সনাক্ত করা হয়। সেরিব্রাল অর্গানয়েড ব্যবহার করে প্রকাশিত স্থানীয় উদ্দীপনাসমূহ এবং পৃথকীকরণের কৌশলকে একটি মডেল হিসাবে অধ্যয়ন করা যেতে পারে।
- অন্যত্র স্থাপন বা ট্রান্সপ্লান্টেশন
- সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট অঞ্চলগুলিকে তৈরি করতে এবং এদেরকে কোন থেরাপিউটিক চিকিৎসার ক্ষেত্রে মস্তিষ্কের ক্ষয়িষ্ণু অঞ্চলে স্থাপন করার ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হতে পারে।
- কোষের ভাগ্যের সম্ভাবনা
- ক্রস প্রজাতির বিকাশের সময়
- নিউরাল টিস্যুগুলির বিকাশের সময় সম্পর্কে একটি অনন্য অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করতে এবং বিভিন্ন প্রজাতির ক্ষেত্রে এর পার্থক্যগুলি অধ্যয়নের জন্য সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি একটি সরঞ্জাম হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।
- ড্রাগ হাই-থ্রুপুট স্ক্রিনিং
- ওষুধের প্রভাব অধ্যয়ন করতে এবং প্রাথমিক নিরাপত্তা এবং কার্যকারিতার জন্য তাদের পরীক্ষা করার ক্ষেত্রে জটিল মস্তিষ্কের টিস্যুগুলির সহজ মডেল হিসাবে সেরিব্রাল অর্গানয়েডকে ব্যবহার করা যেতে পারে।
- কোষ প্রতিস্থাপন থেরাপি
- মস্তিষ্কের টিস্যুতে কোষ প্রতিস্থাপন থেরাপি কীভাবে কাজ করবে তা দেখানোর জন্য সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি একটি সাধারণ মডেল হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।
- সেল-টাইপ নির্দিষ্ট জিনোম পরীক্ষা
রোগ
মস্তিষ্কের প্রাথমিক পর্যায়ে বিকাশের ক্ষেত্রে, ওষুধ পরীক্ষা করার ক্ষেত্রে গবেষণার জন্য, এবং জীবন্ত কোষ থেকে এগুলোকে তৈরি করা যায় বলে পৃথক রোগীদের অধ্যয়ন করার ক্ষেত্রে অর্গানয়েডকে ব্যবহার করা যেতে পারে।
মাইক্রোসেফালি
একটি ক্ষেত্রে, মাইক্রোসেফালির একজন রোগীর থেকে একটি সেরিব্রাল অরগানয়েড তৈরি করা হয়েছিল, সেই অরগানয়েডটি রোগীর সেই উপসর্গগুলোই প্রদর্শন করে, এবং অরগানয়েডটি গবেষণার মাধ্যমে বোঝা যায় এটির কারণ হচ্ছে প্রথমদিকে অতিরিক্ত দ্রুতগতিতে মস্তিষ্কের বিকাশ, ও পরবর্তীতে ধীরগতিতে মস্তিষ্কের বৃদ্ধি। মাইক্রোসেফালি হল একটি বিকাশগত রোগ যেখানে মস্তিষ্কের আকার প্রয়োজন অপেক্ষা ক্ষুদ্র হয়, এর ফলে মাথার আকার ছোট হয় এবং দুর্বলতা তৈরি করে। মাইক্রোসেফালি নিয়ে গবেষণার জন্য ইঁদুর মডেলগুলি উপযুক্ত নয়, কারণ সেগুলো এই রোগটির প্রতিলিপি তৈরি করে না। এই রোগের প্রাথমিক ধরনটি মাইক্রোসেফালিন জিনে একটি সমজাতীয় মিউটেশন দ্বারা সৃষ্ট বলে মনে করা হয়। এই রোগটি ইঁদুর মডেলগুলিতে পুনরুৎপাদন করা শক্ত কারণ মানুষের বর্ধিত সেরিব্রাল কর্টেক্সে বিকাশের যে ধাপগুলো আছে তা ইঁদুরের মধ্যে নেই। স্বাভাবিকভাবেই, যেসব রোগ বিকাশকে প্রভাবিত করে সেগুলো এমন কোন মডেলে দেখানো যাবে না যার মধ্যে সেই বিকাশই অনুপস্থিত। মানুষের মাইক্রোসেফিলিকে মডেল করতে সেরিব্রাল অর্গানয়েড ব্যবহার করার জন্য, একদল গবেষক রোগীর ত্বকের ফাইব্রোব্লাস্ট নিয়েছেন এবং চারটি সুপরিচিত রিপ্রোগ্রামিং উপাদান ব্যবহার করে তারা সেই ফাইব্রোব্লাস্টগুলোকে পুনরায় প্রোগ্রাম করেছেন। এই চারটি রিপ্রোগ্রামিং উপাদান হচ্ছে Oct-4, SOX2, MYC এবং KLF4। রিপ্রোগ্রামকৃত নমুনাকে আবিষ্ট প্লুরিপোটেন্ট স্টেম সেলগুলিতে ক্লোন করা হয়। নীচে সেরিব্রাল অর্গানয়েড সৃষ্টি বিভাগে বর্ণিত একটি প্রক্রিয়া অনুসরণ করে কোষগুলি একটি সেরিব্রাল অর্গানয়েডে কালচার করা হয়েছিল। এর ফলে যে অরগানয়েড তৈরি হল তাতে কম সংখ্যক নিউরাল প্রেজেনিটর কোষ এবং অপেক্ষাকৃত ছোট টিস্যু ছিল। অধিকন্তু, এই টিস্যুগুলিতে প্রোজেনিটর কোষ থেকে তৈরি কম পরিমাণে ও কম ঘন ঘন নিউরোএপিথেলিয়াল টিস্যু ছিল, কম পরিমাণে রেডিয়াল গ্লিয়াল স্টেম সেল ছিল, এবং অধিক পরিমাণে নিউরন বা স্নায়ুকোষ ছিল। এই ফলাফল এটাই প্রস্তাব করে যে, মাইক্রোসেফালির এই অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াটি তৈরি হয় কোষের অপ্রাপ্তবয়স্ক অবস্থায় নিউরনে পৃথকীকৃত হবার জন্য যার ফলে রেডিয়াল গ্লিয়াল কোষের ঘাটতি তৈরি হয়।
আলঝেইমারের রোগ
আলঝাইমারের রোগের রোগবিজ্ঞানকেও সেরিব্রাল অর্গানয়েডের সাথে মডেল করা হয়েছে। আক্রান্ত ব্যক্তির প্লুরিপোটেন্ট স্টেম সেলগুলি মস্তিষ্কের অর্গানয়েডগুলি তৈরি করতে ব্যবহার করা হয় এবং তারপরে স্বাস্থ্যকর ব্যক্তিদের সংশ্লেষিত নিয়ন্ত্রণ বা কন্ট্রোল মডেলের সাথে তুলনা করা হয়। এর মাধ্যমে পাওয়া যায়, আক্রান্ত মডেলগুলিতে, অ্যামাইলয়েড বিটা প্রোটিন এবং নিউরোফাইব্রিলারি ট্যাংগল দ্বারা সৃষ্ট সেনাইল প্লেকের সদৃশ কাঠামোর কারণেই এই রোগের লক্ষণগুলি দেখা যায়। এই রোগকে মডেল করার পূর্ববর্তী প্রচেষ্টাগুলো ব্যর্থ হয়েছিল, এবং এগুলোর ক্ষেত্রে ইঁদুরের মত মডেলের ভিত্তিতে যে ঔষধসমূহ প্রস্তুত করা হয়েছিল ট্রায়ালের সময় সেগুলো মানুষের ক্ষেত্রে কোন প্রভাব ফেলেনি।
অটিজম স্পেকট্রাম ডিজিস
একইভাবে, সুস্থ বনাম রোগাক্রান্ত সংশ্লেষিত সেরিব্রাল অরগানয়েডের মধ্যে তুলনা করে অটিজম রোগ নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। দুটি মডেলের পর্যবেক্ষণের সময় আক্রান্ত মডেলটিতে ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর FOXG1 এর অত্যধিক প্রকাশ (overexpression) দেখা গেছে, যা প্রচুর পরিমাণে GABAergic ইনহিবিটরি নিউরন তৈরি করে। মস্তিষ্কের অর্গানয়েডগুলির এই ব্যবহারের তাৎপর্যটি হল এটি উত্তেজনাপূর্ণ/প্রতিরোধমূলক ভারসাম্যহীনতা অনুকল্পকে দুর্দান্তভাবে সমর্থন করেছে, যা সত্য প্রমাণিত হলে ওষুধের লক্ষ্যগুলি সনাক্ত করতে সহায়তা করতে পারে যাতে রোগটির চিকিৎসা করা যায়।সান দিয়েগো এর ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি বিচারাধীন গবেষণায় ক্যানাবিডায়ল (সিবিডি) মস্তিষ্কের সংযোগ এবং স্নায়বিক প্রদাহ বা নিউরোইনফ্লেমেশনকে কীভাবে প্রভাবিত করতে পারে তার পরিমাপ করার জন্য অটিস্টিক কিশোর ছেলেদের থেকে তৈরিকৃত সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি ব্যবহার করা হবে কেননা এটি অটিজম স্পেকট্রাম ডিসঅর্ডারের সাথে সম্পর্কিত। সেরিব্রাল অরগানয়েডগুলো ব্যবহার করে গবেষকগণ গবেষণায় অংশগ্রহণকারীদের উপর সরাসরি পরীক্ষা না করেই সিবিডির বিভিন্ন ঘনত্বের প্রভাব পরিমাপ করতে পারবেন।
প্রিটার্ম হাইপোক্সিয়া / ইস্কেমিয়া
মানব ভ্রূণের মস্তিষ্কের টিস্যুগুলির সীমিত প্রাপ্যতা এবং মানুষের কর্টিকোজেনেসিস অধ্যয়নের জন্য অপর্যাপ্ত প্রাণীর মডেলগুলির কারণে প্রিটার্ম হাইপোক্সিক ইনজুরি অধ্যয়ন করা কঠিন হয়ে পড়ে। জন্মপূর্ব বা প্রিনাটাল প্যাথোফিজিওলজি মডেল করতে এবং কর্টিকোজেনেসিসের সময় হাইপোক্সিয়ার সাথে বিভিন্ন ধরনের স্নায়ুকোষের সংবেদনশীলতাকে তুলনা করতে সেরিব্রাল অর্গানয়েড ব্যবহার করা যেতে পারে। অভাঁজকৃত প্রোটিন প্রতিক্রিয়ার পথ বা আনফোল্ডেড প্রোটিন রেসপন্স পাথওয়ের কারণে বিশেষতঃ অন্তর্বর্তী প্রোজেনিটকে ক্ষতিগ্রস্থ বলে মনে হয়। এটি আরও দেখা গেছে যে হাইপোক্সিয়ার ফলে সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলিতে অ্যাপোপ্টোসিস হয় যার ফলে আউটার রেডিয়াল গ্লিয়া এবং নিউরোব্লাস্টস/ অপরিণত নিউরনগুলি বিশেষভাবে ক্ষতিগ্রস্থ হয়।
নির্মাণ
অর্গানয়েড তৈরি করতে প্রাকৃতিক স্টেম সেল থেকে জন্ম নেয়া একটি এমব্রয়েডকে (যে টিস্যুতে কিছু ভ্রূণের বৈশিষ্ট্য রয়েছে) ব্যবহার করা হয়। ভ্রূণের তিনটি স্তর রয়েছে: এন্ডোডার্ম, মেসোডার্ম এবং এক্টোডার্ম। এগুলোর প্রতিটি শরীরের বিভিন্ন অংশে পরিণত হয়। স্নায়ুতন্ত্রটি একটোডার্ম (যা ডেন্টাল এনামেল এবং এপিডার্মিস গঠনে অবদান রাখে) থেকে বিকশিত হয়। এক্টোডার্মাল কোষগুলি জেল ফোঁটা বা ড্রপলেটে স্থাপন করা হয় এবং একটি ঘূর্ণনশীল বায়োরিয়্যাক্টরে একটি পুষ্টিসমৃদ্ধ পানীয়তে ভাসিয়ে দেওয়া হয়, যার ফলে এটি ধারক দ্বারা আকারপ্রাপ্ত না হয়েই কোষের বৃদ্ধিকে ভরণপোষণ করে। দশ দিন পর অর্গানয়েডটি নিউরনের বিকাশ ঘটায়। ৩০ দিন পরে এটিতে মস্তিস্কের অঞ্চলগুলোর মতো অঞ্চল দেখা যায়। রক্ত সরবরাহের অভাবে সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি প্রায় ৪ মিলিমিটার চওড়া হয় এবং এক বছর বা তার থেকেও বেশি সময় পর্যন্ত টিকে থাকতে পারে। সাধারণ পদ্ধতিটিকে ৫টি ধাপে বিভক্ত করা যেতে পারে। প্রথমে মানব প্লুরোপোটেন্ট স্টেম সেলগুলিকে কালচার করা হয়। এর পরে তাদের দিয়ে একটি এমব্রয়েড বডি চাষ করা হয়। এর পরে কোষ কালচারকে একটি নিউরোএক্টোডার্ম গঠন করতে প্ররোচিত করা হয়। নিউরোএক্টোডার্ম থেকে তারপর একটি ম্যাট্রিজেল ড্রপলেট তৈরি করা হয়। ম্যাট্রিজেল পুষ্টি প্রদান করে এবং নিউরোএক্টোডার্ম প্রচুর সংখ্যায় বৃদ্ধি পেতে ও বিকশিত হতে শুরু করে। তবে সংবহনতন্ত্রের অভাব অর্গানয়েডটির বৃদ্ধিকে সীমাবদ্ধ করে। এটি অরগানয়েডের বিকাশের প্রধান সীমাবদ্ধতা। যাইহোক, একটি ঘুর্ণনশীল বা স্পিনিং বায়োরিয়েক্টরের ব্যবহার করে অর্গানয়েড প্রস্তুতকরণের নতুন পদ্ধতিসমূহের ব্যবহারের ফলে অরগানয়েডে থাকা কোষগুলোর মধ্যে পুষ্টিপ্রাপ্যতা বৃদ্ধি পায়। এই শেষ পদক্ষেপটি অর্গানয়েড বিকাশের মূল অগ্রগতি। স্পিনিং বায়োরিয়াক্টরগুলি কোষের কালচার এবং টিস্যু বৃদ্ধির প্রয়োগসমূহে ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। স্থিতিশীল কালচারকৃত কোষের তুলনায় রিয়েক্টর বা চুল্লিগুলোর ক্ষেত্রে কোষ দ্বিগুণ করার সময় কম লাগে, কোষের প্রসার বেশি হয় এবং কোষ-বহির্ভূত ম্যাট্রিক্স উপাদান বেশি হয়।
চিত্র: এই ফ্লো চার্টটিতে সেরিব্রাল অর্গানয়েড তৈরির প্রাথমিক পদক্ষেপের রূপরেখা দেখানো হয়েছে। প্রক্রিয়াটি কয়েক মাস সময় নেয় এবং অরগানয়েডের আকার পুষ্টির প্রাপ্যতার দ্বারা সীমাবদ্ধ।
ম্যাডেলিন ল্যানকাস্টার দ্বারা বর্ণিত এটিই মূল পদ্ধতি এবং পরবর্তিতে এটির বিকাশ সাধন ও পরিমার্জন করা হয়েছে। নতুনতর পদ্ধতিগুলোর সাহায্যে সেরিব্রোভাসকুলার অর্গানয়েড, এবং মাইক্রো পাম্প এর বিকাশ সম্ভব হয়, যার ফলে এই সেরিব্রাল অরগানয়েডের মধ্য দিয়ে সংবহনের বিকাশ ঘটে, যা ডঃ জর্জ এম. চার্চের এই ভিডিওতে ব্যাখ্যা করা হয়েছে।
পরীক্ষা
পৃথকীকরণ
দেখা গেছে যে স্পিনিং বায়োরিঅ্যাক্টর থ্রিডি কালচার পদ্ধতি ব্যবহার করে জন্মানো সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি বিভিন্ন ধরনের নিউরাল টিস্যু তৈরি বা পৃথকীকৃত করতে পারে, যেমন অপটিক কাপ, হিপ্পোক্যাম্পাস, টেলিএনসেফেলনের ভেন্ট্রাল অংশ এবং ডর্সাল কর্টেক্স। নিউরাল স্টেম/প্রেজেনিটর কোষগুলি অনন্য কারণ তারা স্ব-পুনর্নবীকরণ বা সেলফরিনিউ করতে সক্ষম এবং বহুগুণযুক্ত। এর অর্থ তারা নিউরন এবং গ্লিয়াল সেল উৎপাদন করতে পারে যা স্নায়ুব্যবস্থার প্রধান দুটি উপাদান। এই কোষগুলির ভাগ্য বিভিন্ন বিষয় দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যেগুলো পৃথকীকরণ প্রক্রিয়াটিকে প্রভাবিত করে। নিউরন প্রোজেনিটর কোষ থেকে নিউরন বা স্নায়ুকোষ গঠন করবে নাকি গ্লিয়াল কোষ গঠন করবে তা এগুলোর স্থানিক অবস্থান এবং অস্থায়ী বৈশিষ্ট্যগুলির দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে। অপরাপর পৃথকীকরণ বহির্কোষীয় পরিস্থিতি এবং কৌষিক সংকেত বা সেল সিগনালিং দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। নিউরাল প্রোজেনিটর কোষ থেকে হিপোক্যাম্পাল টিস্যু, অপটিক স্নায়ু, সেরিব্রাল কর্টেক্স ইত্যাদির মত নির্দিষ্ট স্নায়বিক টিস্যুগুলো পৃথকীকৃত হতে ঠিক কোন প্রয়োজনীয় শর্ত ও উদ্দীপনার প্রয়োজন তা অজানা। এটি বিশ্বাস করা হয় যে, এই প্রক্রিয়াগুলির বিকাশ কৌশলসমূহের অধ্যয়নের জন্য সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে।
জিনের প্রকাশ
নিউরাল প্রেজেনিটর কোষ এবং স্টেম সেলগুলি নির্দিষ্ট স্নায়বিক টিস্যুগুলিতে পৃথকীকৃত হচ্ছে কিনা তা পরীক্ষা করতে, বেশ কয়েকটি জিন মার্কারকে পরীক্ষা করা যেতে পারে। প্লুরিপোটেন্ট পর্যায়ে উপস্থিত থাকে এমন দুটি মার্কার হচ্ছে Oct-4 এবং NANOG। অর্গানয়েডের বিকাশ চলাকালে এই দুটি মার্কার হ্রাসপ্রাপ্ত হয়। যেসব নিউরাল আইডেন্টিটি মার্কারসমূহ নিউরাল ইনডাকশন বা স্নায়বিক প্ররোচনা সফল হল কিনা তার সংকেত দেয় সেগুলোর মধ্যে রয়েছে SOX1 এবং PAX6, এগুলো অর্গানয়েড বিকাশের সময়ে নিয়ন্ত্রিত হয়। প্রকাশের এই পরিবর্তনগুলি মস্তিষ্কের অর্গানয়েডগুলির স্ব-নির্দেশিত পৃথকীকরণের পরিস্থিতিকর ভিত্তি তৈরি করে। অগ্রমস্তিষ্ক এবং পশ্চাদমস্তিষ্কের জন্য মার্কারদেরও পরীক্ষা করা যেতে পারে। অগ্রমস্তিষ্ক চিহ্নিতকারী বা মার্কার FOXG1 এবং SIX3 অর্গানয়েডের বিকাশ জুড়ে উচ্চমাত্রায় প্রকাশিত থাকে। তবে, পশ্চাদমস্তিষ্কের মার্কার বা চিহ্নিতকারী EGR2 এবং ISL1 গোড়ার দিকে উপস্থিতি কিন্তু পরবর্তী পর্যায়ে হ্রাস প্রদর্শন করে। অগ্রমস্তিষ্কের বিকাশের প্রতি এই ভারসাম্যহীনতা মানুষের মস্তিষ্কের বিকাশে অগ্রমস্তিষ্কের টিস্যুগুলির বিকাশগত প্রসারের সদৃশ। অর্গানয়েডগুলি আরও আঞ্চলিক নির্দিষ্টতায় বিকশিত হয় কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, সেরিব্রাল কর্টেক্স এবং অক্সিপিটাল লোবের জন্য জিন মার্কারসমূহকে পরীক্ষা করা হয়েছে। মস্তিষ্কের অনেক অঞ্চল, যেখানে অগ্রমস্তিষ্কের মার্কার FOXG1 রয়েছে, যেগুলোকে সেরিব্রাল কর্টিকাল মরফোলজির অঞ্চল হিসাবে চিহ্নিত করা হয়, সেইসব অঞ্চলকেও EMXI মার্কারের জন্য ইতিবাচক পাওয়া গেছে, যা এদের ডর্সাল কর্টিকাল পরিচয় নির্দেশ করে। এই নির্দিষ্ট অঞ্চলগুলিকেAUTS2, TSHZ2, এবং LMO4 দ্বারা আরও নির্দিষ্ট করা যায়, যেখানে প্রথমটি সেরিব্রাল কর্টেক্সকে ও পরের দুটো অক্সিপিটাল লোবকে প্রতিনিধিত্ব করে। হিপ্পোক্যাম্পাস, ভেন্ট্রাল ফোরব্রেন এবং কোরিড প্লেক্সাসের জেনেটিক মার্কারও সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলোতে রয়েছে, তবে, এই অঞ্চলের সামগ্রিক কাঠামো এখনও তৈরি হয়নি।
স্থানীয়করণ
ক্রিয়ামূলক
সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলিতে কার্যকরী সেরিব্রাল কর্টিকাল নিউরনও থাকে। এই নিউরনগুলো অবশ্যই কেন্দ্রবিমুখীভাবে সংগঠিত কর্টিকাল প্লেটে গঠন করতে হবে। মার্কার TBR1 কর্টিকাল প্লেটের পূর্ববর্তী, প্রিপ্লেটের মধ্যে উপস্থিত থাকে, এবং নিউরোনাল মার্কার MAP2 এর সাথে ৩০ দিন বয়সী সেরিব্রাল অর্গানয়েডে উপস্থিত থাকে। এই চিহ্নিতকারী বা মার্কারগুলি একটি প্রিপ্লেট সদৃশ মৌলিক স্নায়বিক স্তর নির্দেশ করে। এই কোষগুলি এপিটিলিও একটি নিরপেক্ষ অঞ্চলের সাথে শীর্ষলগ্নভাবে সংলগ্ন এবং রিলিন+ পজিটিভ, যা কাজল-রেটজিয়াস কোষগুলির উপস্থিতি নির্দেশ করে। কর্টিকাল প্লেট স্থাপত্যের নির্মাণের জন্য কাজল-রেটজিয়াস কোষগুলো গুরুত্বপূর্ণ। কর্টিকাল প্লেটটি সাধারণত ভেতর থেকে বাইরে এমনভাবে উৎপন্ন হয় যাতে পরবর্তীতে জন্মানো স্নায়ুকোষগুলো শীর্ষের উপরিস্তরসমূহে অভিপ্রায়ণ করতে পারে। জেনেটিক মার্কার পরীক্ষার ভিত্তিতেও সেরিব্রাল অর্গানয়েডসমূহে এই ব্যবস্থাটি উপস্থিত থাকে। প্রথমদিকে জন্মগ্রহণকারী নিউরনগুলিতে মার্কার CTIP2 রয়েছে এবং এটি TBR1 প্রদর্শনকারী প্রিপ্লেট কোষে সংলগ্ন থাকে। মার্কার SATB2 এবং BRN2 সহ দেরীতে জন্মানো স্নায়ুকোষগুলো প্রাথমিক জন্মের নিউরনগুলির তুলনায় প্রিপ্লেট থেকে আরও দূরে একটি পৃষ্ঠস্তরে অবস্থান করে। অধিকন্তু, গঠনের ৭৫ দিন পরে, সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলি একটি প্রারম্ভিক প্রান্তিক অঞ্চল, একটি কোষ-অভাবী অঞ্চল দেখায়। স্তরযুক্ত কর্টিকাল প্লেটের গঠন সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলিতে খুব মৌলিক এবং এখান থেকে বোঝা যায় যে, দ্বিতীয় থেকে ষষ্ঠ স্তরের গঠনকে প্ররোচিত করার ইঙ্গিত ও বিষয়গুলো এতে অনুপস্থিত থাকে। অবশ্য সেরিব্রাল অর্গানয়েড স্নায়ুকোষগুলি জিএফপি স্টেইনিং যেভাবে দেখায় সেভাবে অ্যাক্সন তৈরি করতে পারে। জিএফপি লেবেলযুক্ত অ্যাক্সোনগুলিতে জটিল শাখা এবং বৃদ্ধিপ্রাপ্ত শঙ্কু গঠন দেখা যায়। অধিকন্তু, ক্যালসিয়াম ডাই ইমেজিং এর মাধ্যমে দেখা গেছে, সেরিব্রাল অর্গানয়েডের প্রতিটি কোষে Ca2+ দোলক এবং স্বতঃস্ফূর্ত ক্যালসিয়াম তরঙ্গ দেখা যায়। ক্যালসিয়াম সিগন্যালিংকে গ্লুটামেটের মাধ্যমে বাড়ানো যায় এবং টেট্রোডোটক্সিনের মাধ্যমে বাধা দেওয়া যায়।
শারীরিক
এটি সম্পূর্ণরূপে বোঝা যায় না যে স্টেম সেল দ্বারা গঠিত স্বতন্ত্র স্থানীয় টিস্যুগুলি কীভাবে একটি সম্পূর্ণ অঙ্গ হিসাবে বিকশিত হবার জন্য পার্শ্ববর্তী টিস্যুগুলির সাথে সমন্বয় করতে সক্ষম হয়। তবে এটি প্রদর্শিত হয়েছে যে বেশিরভাগ টিস্যু পৃথকীকরণের জন্য পার্শ্ববর্তী টিস্যুগুলির সাথে মিথোস্ক্রিয়া প্রয়োজন এবং টিস্যুর এই পৃথকীকরণ বিভিন্ন পৃথকীকরণ এবং শারীরিক স্থানীয়করণকে বাধা দিতে বা উৎসাহিত করার জন্য পরিব্যাপনক্ষম আবেশন বিষয়সমূহের উপর নির্ভর করে। সেরিব্রাল অর্গানয়েডের পৃথকীকরণ কিছুটা স্থানীয়কৃত হয়ে থাকে। অগ্রমস্তিষ্ক এবং পশ্চাদমস্তিষ্কের জন্য পূর্বে উল্লিখিত মার্কারগুলি শারীরিকভাবে স্থানীয়কৃত থাকে এবং গুচ্ছাকারে দৃষ্টিগোচর হয়। এখান থেকে বোঝা যায় যে, একবারে এক বা একাধিক কোষ টিস্যু জুড়ে এলোমেলো পথের বিপরীতে একটি নির্দিষ্ট ধরনে পৃথকীকৃত হলে স্থানীয় উদ্দীপনা বের হয়। কর্টিকাল লোবস, প্রিফ্রন্টাল কর্টেক্স এবং অক্সিপিটাল লোবের উপনির্দিষ্টকরণের জন্য মার্কারগুলোও শারীরিকভাবে স্থানীয়কৃত হয়। তবে হিপোক্যাম্পাস এবং ভেন্ট্রাল ফোরব্রেন কোষগুলি শারীরিকভাবে স্থানীয়কৃত হয় না এবং সেরিব্রাল অর্গানয়েডে এলোমেলোভাবে অবস্থিত থাকে। সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলিতে রক্তবাহী নালীর ঘাটতি থাকে এবং এর অভ্যন্তরীণ কোষগুলিতে পুষ্টি গ্রহণের উপর ভিত্তি করে এর আকার সীমাবদ্ধ থাকে। স্পিনিং বায়োরিয়েক্টর এবং উন্নত থ্রিডি স্ক্যাফোল্ডিং কৌশলগুলির দ্বারা অর্গানয়েডের আকার বাড়ানো যায়, যদিও ইন ভিট্রো পুষ্টি বিতরণ ব্যবস্থার সংহতকরণ সেরিব্রাল অর্গানয়েড বিকাশের পরবর্তী ধাপ হতে পারে।
নীতিশাস্ত্র
রোগের ক্ষেত্রে মডেল হিসেবে সেরিব্রাল অর্গানয়েডগুলির ব্যবহারের সাথে সাথে নৈতিক উদ্বিগ্নতা বৃদ্ধি পায়, কেননা এই সেরিব্রাল অর্গানয়েডসমূহের মধ্যে ব্যাথার মত অনুভূতির অভিজ্ঞতা প্রাপ্তি এবং চেতনার বিকাশের সক্ষমতার সম্ভাবনা রয়েছে। মানব মস্তিষ্কের জটিলতার তুলনায় এই সংশ্লেষিত মডেলসমূহের সরলতা বিবেচনা করলে বর্তমানে এটার সম্ভাবনা কম, কিন্তু দেখা গেছে এই সেরিব্রাল অর্গানয়েড মডেলগুলো আলোক-ভিত্তিক উদ্দীপনায় সাড়া প্রদান করে, সুতরাং বর্তমান মডেলগুলোতে বর্তমানে কিছু উদ্দীপনায় সাড়া দেবার ক্ষেত্র রয়েছে। যদি কোন একটি মডেলে এই জাতীয় সংবেদনগুলির উপস্থিতিকে প্রমাণ করা যায়, তবে এগুলোর ব্যবহারের নৈতিকতা প্রশ্নবিদ্ধ হবে।
এই ধূসর অঞ্চল সমাধানের দিকে পদক্ষেপ নেওয়া হচ্ছে, যেমন অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের ২০১৮ সালের সভায় এই নতুন প্রযুক্তি নিয়ে নৈতিক উদ্বিগ্নতাসমূহকে পরিষ্কার করার জন্য এই খাতের বিশেষজ্ঞগণ, দার্শনিক এবং আইনজীবীগণ একত্রে মিলিত হয়েছিলেন। একইভাবে, কেস ওয়েস্টার্ন বিশ্ববিদ্যালয়ের ব্রেইনস্টর্মের মতো প্রকল্পগুলি ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা এবং আইন গঠনের 'একটি দার্শনিক কাঠামোর নির্মাণের জন্য' সেরিব্রাল অর্গানয়েডসমূহ নিয়ে কাজ করা গবেষণাগারসমূহের নজরদারির মাধ্যমে এই খাতের উন্নতি পর্যবেক্ষণ করার লক্ষ্য স্থির করে।