نوروسافاری l دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه MIT سنسورهای کوچکی را ابداع کرده‌اند که  میزان دوپامین در مغز را به صورت بلند مدت (بیش از یک سال) اندازه‌گیری می‌کند بدون اینکه جای زخم بر روی بافت ایجاد شود.

دوپامین، یکی از مولکول‌های پیام‌رسان در مغز می‌باشد که نقش مهمی در تنظیم خلق و خوی ما و کنترل حرکت دارد. بسیاری از اختلالات، از جمله بیماری پارکینسون، افسردگی و اسکیزوفرنی، با نقص در سیستم دوپامینی ارتباط دارند.

به گزارش نوروسافاری از دانشگاه ام آی تی، دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه MIT سنسورهای کوچکی را ابداع کرده‌اند که می‌تواند میزان دوپامین در مغز را به صورت بلند مدت اندازه‌گیری کند و باور دارند که این مساله به آنها در فهم بیشتر نقش دوپامین در مغز سالم و بیمار کمک خواهد کرد.

Ann Graybiel، استاد دانشگاه MIT، عضو انستیتو تحقیقات مغز «McGovern» و یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه می‌گوید: 

علیرغم اینکه دوپامین یک مولکول پیام‌رسان مهم در مغز شناخته می‌شود، که دخیل در بیماری های عصبی و اختلالات روانی و همچنین توانایی ما برای یادگیری است، تاکنون غیرممکن بوده است که بتوانیم به طور بلند مدت تغییرات رهایش دوپامین را در شرایط بالینی بررسی کنیم.

Michael Cima، پروفسور مهندسی در گروه علوم و مهندسی مواد و عضو بخش سرطان دانشگاه MIT و Rober Langer پروفسور و عضو موسسه Koch، از نویسندگان ارشد این مطالعه هستند. Helen Schwerdt (پسادکتری، MIT) نویسنده اصلی این مقاله است که در شماره ۱۲، مجله Communications Biology  به چاپ رسیده است.

سنسور بلند مدت

دوپامین یکی از انتقال‌دهنده‌های عصبی است که ارتباط نورون‌ها در مغز را برقرار می‌کند. سیستم‌های قدیمی برای اندازه‌گیری دوپامین، از الکترودهای کربن با قطر میله‌ای ۱۰۰ میکرون و برای حدود یک روز استفاده می‌کردند، زیرا استفاده بلند مدت آن باعث ایجاد جای زخم برروی بافت و اختلال در ارتباط الکترود با دوپامین می‌شد.

در سال ۲۰۱۵، تیم دانشگاه MIT ادعا کردند که شاید بتوان با استفاده از سنسورهای کوچک در مغز میزان دوپامین را در بخشی به نام  استریاتوم [۱] اندازه‌گیری کرد، که دارای سلول‌های تولید کننده دوپامین می‌باشند که برای شکل‌گیری عادت و یادگیری تقویتی از طریق پاداش، ضروری هستند.

از آنجا که این پروب‌ها بسیار کوچک هستند (قطر حدود ۱۰ میکرون)، محققان توانستند ۱۶ عدد از آنها را برای اندازه‌گیری میزان دوپامین در قسمت های مختلف  استریاتوم ایمپلنت کنند. در پژوهش جدید، محققان می‌خواهند آزمایش کنند که آیا می‌توان از این سنسورها برای ردیابی بلند مدت دوپامین نیز استفاده کرد.

Schwerdt می گوید:

هدف اصلی ما این بود که سنسورها بلند مدت و روزانه کار کنند. این ضروری است اگر شما بخواهید بدانید که چگونه این سیگنال‌ها واسطه بیماری‌ها یا شرایط خاص هستند.

محققان برای ایجاد یک سنسور دقیق بلند مدت، باید اطمینان حاصل کنند که سنسور واکنشهای ایمنی بدن را تحریک نمی‌کند و همچنین جای زخم بر روی بافت ایجاد نمی‌کند که بر روی دقت یادگیری تاثیرگذار است.

تیم دانشگاه MIT دریافتند که سنسورهای کوچک آنها، حتی در بلند مدت، تقریباً برای سیستم ایمنی بدن نامرئی هستند. پس از اینکه سنسورها را  ایمپلنت کردند، تعداد جمعیت میکروگلیاها [۲] (سلول‌های ایمنی که در کوتاه مدت پاسخ می‌دهند) و آستروسیت‌ها [۳] (که در بلند مدت پاسخ می‌دهند) در بافت مغزی با قبل از ورود پروب‌ها یکسان بود.

در این مطالعه، محققان سه تا پنج سنسور در هر مغز در عمق ۵ میلیمتری مغز در استریاتوم در حیوانات آزمایشی کاشتند. هر چند هفته ثبت میزان رهایش دوپامین صورت گرفت که  با تحریک ساقه مغز در استریاتوم آزاد می شد. آنها دریافتند که اندازه‌گیری آنها تا ۳۹۳ روز بدون تغییر باقی مانده است.

Schwerdt می گوید:

این اولین پژوهشی است که نشان می‌دهد این سنسورها بیش از چند ماه کار می‌کنند و به ما این اطمینان را می‌دهد که این نوع سنسورها ممکن است روزی برای انسان استفاده شود.

بیشتر بدانید:  احتمال شروع پارکینسون از روده‌ها

کنترل پارکینسون

محققان می‌گویند اگر این سنسورها برای انسان استفاده شود می‌توانند بیماری پارکینسون را با تحریک عمیق مغز کنترل کنند. این درمان شامل ایمپلنت یک الکترود است که باعث تحریک الکتریکی ساختار عمیق مغز می‌شود. استفاده از سنسور برای ردیابی دوپامین می‌تواند به پزشکان کمک کند تا تحریک را انتخابی‌تر و تنها زمانی که لازم است انجام دهند.

محققان اکنون به دنبال تطبیق سنسورها برای اندازه‌گیری دیگر انتقال‌دهنده‌های عصبی در مغز و اندازه‌گیری سیگنال‌های الکتریکی مختل کننده در بیماری‌های پارکینسون و دیگر بیماری‌ها هستند.

Schwerdt می گوید:

درک روابط بین فعالیت‌های شیمیایی و الکتریکی برای بیماری پارکینسون بسیار مهم است.

این تحقیق توسط مؤسسه ملی تصویربرداری زیست‌پزشکی و مهندسی زیست [۴]، موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی [۵]، دفتر تحقیقات ارتش [۶]، بنیاد Saks Kavanaugh، بنیاد خانواده Nancy Lurie Marks و دکتر Tenley Albright تأمین مالی شده است.

ترجمه: فاطمه بازلی محبوب – وبسایت نوروسافاری

لینک مقاله:

Cellular-scale probes enable stable chronic subsecond monitoring of dopamine neurochemicals in a rodent model

لینک خبر:

New sensors track dopamine in the brain for more than a year

[۱] ) Striatum

[۲] ) Microglia

[۳] ) Astrocyte

[۴] ) National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering

[۵] ) National Institute of Neurological Disorders and Stroke

[۶] ) Army Research Office