اپتوژنتیک بدون کاشت به محققان اجازه میدهد مغز را بدون جاگذاری ایمپلنت مطالعه کنند

 

نوروسافاری| محققان در ۲۹ آوریل در ژورنال Neuron گزارشی منتشر کردند که با یک روش اپتوژنتیک دارای حداقل تهاجم که نیازی به کاشت مغز ندارد، فعالیت نورون ها را در مغز موش ها و میمون ها با موفقیت دستکاری می کند. محققان نخست نورونهای مهندسی ژنتیکی شده را تولید می کنند که یک پروتئین به شدت حساس به نور به نام SOUL است. آنها سپس نشان دادند که این امکان وجود دارد که نور را از میان جمجمه به داخل مغز تاباند  و پاسخهای عصبی را در کل مغز موش تغییر داد و با گذر دادن نور از غشایی ضخیم به نام سخت شامه برای رساندن نور به مناطق سطحی از مغز مکاک استفاده کرد.

 نویسنده ارشد مطالعه گوپینگ فنگ، از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، می گوید:

این ابزار جدید به دانشمندان علوم اعصاب اجازه می دهد تا در آزمایش های حیوانی، اپتوژنتیک را استفاده کنند به نحوی که اطمینان حاصل کنند که مغزهای مورد مطالعه حین آزمایش آسیب حداقلی را میبینند.

به ویژه، مدل های میمون برای درک ما از عملکرد های عالی شناختی و اختلال عملکرد آن در اختلالات مغزی مانند اسکیزوفرنی و بیماری آلزایمر و برای توسعه روشهای درمانی برای این اختلالات ویرانگر مغزی بسیار مهم است.

اپتوژنتیک

اپتوژنتیک روشی شامل استفاده از نور برای فعال سازی یا غیرفعال کردن نورون هایی است که برای تولید پروتئین های پاسخ دهنده به نور به نام اپسین به صورت ژنتیکی اصلاح شده اند. این رویکرد به دانشمندان علوم اعصاب اجازه داده است تا نقش علی انواع مختلف نورونها را در انواع فرآیندهای رفتاری و شناختی بررسی کنند. اما یکی از مهمترین اشکالات این است که این روش به طور معمول نیاز به کاشت فیبرهای نوری دارد، که می تواند باعث آسیب مغزی و التهاب شود و خطر عفونت را افزایش دهد.

رابرت دزیموون، همکار ارشد نویسنده مطالعه، می گوید:

قبل از مطالعه ما، چند مطالعه به روش های مختلفی در توسعه روش های تحریک اپتوژنتیک حداقل تهاجمی برای مغز، دخالت داشته اند.

با این وجود، همه این مطالعات محدودیت های مختلفی در عمق مناطق مغزی که می توانستند فعال کنند، داشته اند. کار نوآوری مهم تحقیقات ما این است که اولین بار است که روشی را ابداع کردیم که فعال سازی هر منطقه از مغز موش را مستقل از موقعیت آن نسبت به منبع نور در خارج از جمجمه انجام میدهد.

محققان در مطالعه جدید از پروتئین حساس به نور SOUL برای دستکاری فعالیت نورون ها در هیپوتالاموس جانبی- یکی از عمیق ترین مناطق مغز موش استفاده کردند. آنها این کار را با تاباندن نور از طریق فیبر نوری که در بالای جمجمه ی سالم قرار دارد، انجام دادند. برای تأیید کارکرد این رویکرد، آنها همچنین با استفاده از ثبت های الکتروفیزیولوژیک، پاسخ های عصبی را در آن ناحیه مغز تحت نظر داشتند.

تحویل نور آبی نورون ها را تحریک کرده و باعث اختلال در رفتار تغذیه ای می شود که توسط هیپوتالاموس جانبی کنترل می شود. علاوه بر این، نور نارنجی نورون ها را غیرفعال کرده و باعث بازیابی مجدد مصرف طبیعی غذا میشود. تجزیه و تحلیل بیشتر تأیید کرد که این روش باعث التهاب یا آسیب مغزی نمی شود.

بررسی بر روی مکاک ها

محققان مجبور بودند تکنیک خود را در مکاکها اصلاح کنند، که جمجمه های بسیار ضخیم تری نسبت به موش دارند. آنها نور را از طریق فیبر نوری قرار داده شده در خارج از سخت شامه- غشایی ضخیم از بافت متراکم که مغز را احاطه کرده است- تحویل دادند. این آزمایشات نشان داد که SOUL می تواند در میمون ها برای تغییر پاسخ های عصبی در قشرمغز – لایه بیرونی بافت عصبی در مغز- مورد استفاده قرار گیرد. به گفته نویسندگان، هیچ مطالعه قبلی یک روش اپتوژنتیک با چنین تهاجم حداقلی در مکاکها  را نشان نداده بود.

با کمال تعجب، این تکنیک قادر به القاء و برهم زدن نوسانات پتانسیل میدانی موضعی بود- فعالیت الکتریکی ریتمیک، هماهنگ نورون ها. تاکنون، دستکاری این نوسانات برای مطالعه نقش سببی آنها در عملکرد مغز بسیار دشوار بوده است.

دیگو مندوزا-هالیدی نویسنده همکار اول می گوید:

اعتقاد بر این است که این نوسانات برای بسیاری از کارکردهای مغز از جمله حافظه، توجه، خواب و تصمیم گیری بسیار مهم هستند.

کشف این نکته جالب بود که می توان از گزینه جدید ما به عنوان روشی برای روشن و خاموش کردن دلبخواه این امواج مغزی استفاده کرد، زیرا این امکان را به ما می دهد تا نقش این امواج را در عملکردهای مختلف مغز بهتر مطالعه کنیم.

SOUL

با پیشرفت این روش، اپتوژنتیک مبتنی بر SOUL، بسیاری از راه های جدید تحقیقی را باز می کند. به عنوان مثال، این رویکرد می تواند به شناسایی بهتر نحوه ی رشد اولیه مغز تأثیر بگذارد، که به ویژه مستعد آسیب های شدید بافت ناشی از کاشت طولانی مدت فیبر نوری است. به دلیل حساسیت بالاتر نوری، SOUL می تواند برای کنترل پاسخ های عصبی در مدارهای عصبی در مقیاس بزرگتر که در عملکردهای مختلف مغز دخیل هستند، مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، SOUL بیشتر از ۳۰ دقیقه فعال می ماند و به دانشمندان این امکان را می دهد تا رفتارهای طولانی مدت حیوانات در حین حرکت آزادانه  را که توسط فیبر نوری محدود نمی شوند، مطالعه کنند.

به سهم خودشان، محققان بر روی بهبود حساسیت SOUL کار خواهند کرد تا بتوانند فعالیت عصبی را از فرای جمجمه های ضخیم حیوانات بزرگ دستکاری کنند تا به مناطق عمیق تر مغز برسند. این روش علاوه بر آشکار کردن دلایل اختلالات عصبی و روانی در حیوانات، می تواند روزی برای درمان این اختلالات در انسان استفاده شود.

اگرچه این تکنیک باعث کاهش تهاجم و  کاهش آسیب مغزی مرتبط با اپتوژنتیک است، اما هنوز فاصله زیادی از ترجمه بالینی وجود دارد. فنگ می گوید:

قبل از اینکه اپتوژنتیک  به عنوان یک گزینه درمانی مناسب در نظر گرفته شود، باید خطرات بالقوه اینگونه اقدامات درمانی در بیماران مورد بررسی قرار گیرد، به ویژه موارد مرتبط با بیان اپسین، یک پروتئین خارجی در مغز.

ترجمه: رویا ورمزیار – وبسایت نوروسافاری

لینک خبر:

Implant-free Optogenetics Allows Researchers To Study the Brain Without Implants

لینک مقاله:

An Ultra-Sensitive Step-Function Opsin for Minimally Invasive Optogenetic Stimulation in Mice and Macaques

بیشتر بدانید:  اکسیژن خالص موجب ترمیم آسیب مغزی می شود، حتی سالها بعد از ضربه مغزی

همچنین ببینید

دوره آموزشی مبانی علوم اعصاب کاربردی (دوره پانزدهم)

5 / 5 ( 9 امتیاز ) نوروسافاری | موسسه دانش بنیان نوع یک آینده مغز …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *