مشاهده تعامل نورون ها ممكن شد

مشاهده تعامل نورون ها ممكن شد

راستابلاگ: پژوهشگران دانشگاه ˮاستنفوردˮ موفق به ابداع روش های جدید برای مشاهده تعاملات بین نورون ها و نحوه محاسبات آنها شده اند.


به گزارش راستابلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از مدیكال اكسپرس، حداقل از دهه ۱۹۵۰ تابحال پژوهشگران بر این باور بوده اند كه مغز نوعی كامپیوتر است كه در آن نورون ها مدارهای پیچیده ای می سازند و این نورون ها در هر ثانیه تعداد بی شماری محاسبات انجام می دهند. چند دهه بعد، دانشمندان علوم اعصاب دانستند كه این مدارهای مغزی وجود دارند، اما محدودیت های فنی بشر اغلب جزئیات محاسبات آنها را از دسترس دور نگه داشته است.
حالا دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه‌ ستنفورد گزارش داده اند كه در نهایت توانسته اند به لطف یك مولكول كه در واكنش به تغییرات الكتریكی ظریفی كه نورون ها از آن برای انجام محاسبات خود استفاده می نمایند، روشن تر از قبل می شود، آنچه در مدارهای مغز رخ می دهد را رصد كنند.
هم اكنون یكی از بهترین راه ها برای ردیابی فعالیت الكتریكی نورون ها، مولكول هایی هستند كه در حضور یون های كلسیم درخشان می شوند؛ یعنی لحظه ای كه یك نورون سیگنال الكتریكی را به دیگری منتقل می كند. اما كلسیم خیلی آهسته جریان می یابد و نمی تواند تمام جزئیات نورون را نشان دهد و به هیچ وجه به تغییرات الكتریكی ظریف كه واكنش نشان نمی دهد.
یك روش جایگزین برای حل این معضل كاشت الكترودها است، اما در نهایت این الكترودها به نورون ها لطمه می رسانند و قرار دادن الكترود در تعداد بی شماری از نورون ها در موجودات زنده عملی نیست.
پژوهشگران برای حل این مشكل به سرپرستی "مایكل لین" استادیار علوم مغز و اعصاب و مهندسی زیستی و عضو مؤسسه علوم اعصاب "Wu Tsai" و "استفان دیودون" مدیر تحقیقات در "École" پاریس بر مولكول های فلوئورسنت متمركز شدند كه روشنایی آنها مستقیما به تغییرات ولتاژ در نورون ها مرتبط می باشد، ایده ای كه "لین" و تیمش سال ها روی آن كار كرده بودند.
با این وجود، این مولكول ها مشكل خاص خودرا داشتند؛ درخشش آنها همیشه خیلی به ولتاژ ارتباط نداشت، بدین سبب "لین" و گروهش در دانشگاه استنفورد به روش شناخته شده ای در زیست شناسی به نام "الكتروپوراسیون" روی آوردند.
پژوهشگران در این روش از كاوشگرهای الكتریكی برای ایجاد سوراخ در غشای سلولی استفاده می نمایند كه در اثر این كارف ولتاژ آنها به سرعت مانند یك باتری سوراخ شده به صفر می رسد. "لین" و همكارانش با سوراخ كردن غشای چندین مولكول منتخب توانستند آنهایی را كه روشنایی آنها بیشترین تغییر را نسبت به تغییر ولتاژ دارند، انتخاب كنند. "لین" گفت مولكول حاصل معروف به "ASAP۳" پاسخگوترین نشانگر به ولتاژ است.
"دیودون" و آزمایشگاه وی بر روی یك مشكل دیگر متمركز شدند. اینكه چگونه می توان نورون ها را در اعماق مغز اسكن كرد. برای ساختن مولكول های فلوئورسنتی مانند "ASAP۳" در اعماق مغز، پژوهشگران اغلب از تكنیكی به نام "تصویربرداری دو فوتونی" استفاده می نمایند كه از پرتوهای لیزر مادون قرمز استفاده می نماید كه می توانند به بافت نفوذ كنند.
سپس پژوهشگران به منظور اسكن به اندازه كافی سریع چند نورون و دیدن تعامل آنها كه تنها در حدود یك هزارم ثانیه طول می كشد، باید نقاط تابش لیزر را به سرعت از یك نورون به نورون دیگر منتقل كنند، كاری كه انجام مطمئن آن در حیوانات كه حركت می كنند، دشوار است.
"دیودون" و همكارانش چاره را پیدا كردند كه یك الگوریتم جدید به نام "تحریك حجمی منطقه ای فوق سریع" یا "ULoVE" است كه در آن لیزر سریعاً چندین نقطه از حجم اطراف یك نورون را اسكن می كند.
"دیودون" اظهار داشت: چنین استراتژی هایی كه در آن هر پالس از لیزر به دقت شكل گرفته و به فضای مناسب درون بافت فرستاده می شود، استفاده بهینه از قدرت نور را شامل می شود و امیدوارم به ما امكان ضبط و تحریك میلیون ها مكان در مغز را در هر ثانیه بدهد.
پژوهشگران با كنار هم قرار دادن این روش ها در موش ها نشان دادند كه می توانند جزئیات زیادی از فعالیت مغز آنها را در لایه های بالای مغز كه كنترل حركت، تصمیم گیری و سایر عملكردهای شناختی را بر عهده دارد، ردیابی كنند.
"لین" اظهار داشت: حالا می توانیم نورون های موجود در مغز موش زنده را با دقت بسیار بالایی نگاه نماییم و می توانیم این كار را برای مدت طولانی دنبال نماییم. این امر موجب می شود نه تنها چگونگی پردازش سیگنال نورون ها از سلول های عصبی دیگر و نحوه تصمیم گیری آنها، بلكه چگونگی تغییر محاسبات نورون ها با گذشت زمان را دریابیم.
در این میان "لین" و همكارانش بر بهبود بیشتر روش های خود متمركز هستند. وی اظهار داشت: مولكول "ASAP۳" حالا بسیار قابل استفاده می باشد، اما ما اطمینان داریم كه "ASAP۴" و "ASAP۵" به وجود خواهند آمد.
الكتروپوراسیون(Electroporation) یك روش میكروبیولوژی است كه در آن اعمال یك میدان الكتریكی به سلول ها به منظور افزایش نفوذپذیری غشاء سلولی، اجازه می دهد مواد شیمیایی، مواد دارویی یا DNA به سلول منتقل شوند. این روش الكتروترنسفر نیز نامیده می شود. در میكروب شناسی، پروسه الكتروپوراسیون اغلب برای تبدیل باكتری ها، مخمرها یا پروتئین های گیاهی به وسیله وارد كردن DNA كدگذاری شده جدید مورد استفاده قرار می گیرد. اگر باكتری ها و پلاسمیدها با هم مخلوط شوند، پلاسمیدها می توانند پس از الكتروپوراسیون به باكتری تبدیل شوند، هرچند بسته به اینكه چه چیزی منتقل می شود پپتیدهای نفوذكننده سلولی یا Cell-Squeezeها می توانند مورد استفاده قرار گیرد. الكتروپوراسیون با مكانیزم عبور هزاران ولت در فاصله یك تا دو میلی متر سلول های معلق در یك دستگاه الكتروپوراسیون كار می كند. بعد از آن، جمعیت سلول ها باید با دقت مدیریت شوند تا آنها فرصتی برای تقسیم شدن داشته باشند، تا سلول های جدید شامل پلاسمیدهای تكثیر شده تولید شود. این روند تقریباً 10 برابر مؤثرتر از تبدیل شیمیایی است.
الكتروپوراسیون همین طور برای وارد كردن ژن های خارجی به سلول های در حال كشت، به خصوص سلول های پستانداران بسیار مفید می باشد. بعنوان مثال، آنرا در روند تولید موش های آزمایشگاهی و همین طور در درمان تومور، ژن درمانی و درمان مبتنی بر سلول می توان استفاده نمود. پروسه وارد كردن DNA خارجی به سلول های یوكاریوتی بعنوان "transfection" شناخته می شود. الكتروپوراسیون برای وارد كردن به سلول ها در تعلیق با استفاده از دستگاه های الكتروپوراسیون بسیار مؤثر است. الكتروپوراسیون جهت استفاده در بافت موجودات زنده اثبات شده است. سلول های پایه را نیز می توان با استفاده از الكتروپوراسیون انتقال داد و پژوهشگران چاره ای برای جایگزینی سلول هایشان پس از ترنسفكشن عرضه كرده اند. با این وجود یك نگرانی در مورد الكتروپوراسیون وجود دارد و این است كه بعد از پروسه الكتروپوراسیون، پروسه بیان ژن بیشتر از ۷۰۰۰ ژن می تواند تحت تأثیر قرار گیرد. این امر می تواند مشكلاتی را دربرداشته باشد كه بیان ژن باید كنترل شود تا نتایج دقیق و تضمینی ارضا شود.
همجوشی سلولی نه تنها بعنوان یك پروسه ضروری در زیست شناسی سلولی، بلكه همین طور بعنوان یك روش مفید در بیوتكنولوژی و پزشكی مورد توجه است. سلول های همجوشی شده مصنوعی می تواند جهت بررسی و درمان بیماری های مختلف مانند دیابت، بازسازی آكسون ها در سیستم عصبی مركزی و تولید سلول هایی با خواص مورد نظر مانند واكسن های سلولی برای ایمونوتراپی سرطان استفاده گردد. با این وجود نخستین و شناخته شده ترین كاربرد همجوشی سلول، تولید آنتی بادی های مونوكلونال در تكنولوژی هیبریدوم است. سلول های هیبرید به وسیله اتصال لنفوسیت های B تولیدكننده آنتی بادی با سلول های سرطانی سلول های لنفوسیت B تشكیل می شوند.




منبع:

1398/09/23
17:32:18
5.0 / 5
2929
تگهای خبر: دانشگاه‌ , دستگاه , سیستم
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۵ بعلاوه ۳