مشاهده تعامل نورونها ممکن شد
ايسنا/ محققان دانشگاه "استنفورد" موفق به ابداع روشهاي جديد براي مشاهده تعاملات بين نورونها و نحوه محاسبات آنها شدهاند. حداقل از دهه ۱۹۵۰ تاکنون محققان بر اين باور بودهاند که مغز نوعي رايانه است که در آن نورونها مدارهاي پيچيدهاي تشکيل ميدهند و اين نورونها در هر ثانيه تعداد بيشماري محاسبات انجام ميدهند. چند دهه بعد، دانشمندان علوم اعصاب دانستند که اين مدارهاي مغزي وجود دارند، اما محدوديتهاي فني بشر اغلب جزئيات محاسبات آنها را از دسترس دور نگه داشته است. اکنون دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه استنفورد گزارش دادهاند که در نهايت توانستهاند به لطف يک مولکول که در واکنش به تغييرات الکتريکي ظريفي که نورونها از آن براي انجام محاسبات خود استفاده ميکنند، روشنتر از قبل ميشود، آنچه در مدارهاي مغز رخ ميدهد را رصد کنند. در حال حاضر يکي از بهترين راهها براي رديابي فعاليت الکتريکي نورونها، مولکولهايي هستند که در حضور يونهاي کلسيم درخشان ميشوند؛ يعني لحظهاي که يک نورون سيگنال الکتريکي را به ديگري منتقل ميکند. اما کلسيم خيلي آهسته جريان مييابد و نميتواند تمام جزئيات نورون را نشان دهد و به هيچ وجه به تغييرات الکتريکي ظريف که واکنش نشان نميدهد. يک روش جايگزين براي حل اين معضل کاشت الکترودها است، اما در نهايت اين الکترودها به نورونها آسيب ميرسانند و قرار دادن الکترود در تعداد بيشماري از نورونها در موجودات زنده عملي نيست. محققان براي حل اين مشکل به سرپرستي "مايکل لين" استاديار علوم مغز و اعصاب و مهندسي زيستي و عضو مؤسسه علوم اعصاب "Wu Tsai" و "استفان ديودون" مدير تحقيقات در "École" پاريس بر مولکولهاي فلوئورسنت متمرکز شدند که روشنايي آنها مستقيما به تغييرات ولتاژ در نورونها مرتبط است، ايدهاي که "لين" و تيمش سالها روي آن کار کرده بودند. با اين حال، اين مولکولها مشکل خاص خود را داشتند؛ درخشش آنها هميشه خيلي به ولتاژ ارتباط نداشت، بنابراين "لين" و گروهش در دانشگاه استنفورد به روش شناخته شدهاي در زيست شناسي به نام "الکتروپوراسيون" روي آوردند. محققان در اين روش از کاوشگرهاي الکتريکي براي ايجاد سوراخ در غشاي سلولي استفاده ميکنند که در اثر اين کارف ولتاژ آنها به سرعت مانند يک باتري سوراخ شده به صفر ميرسد. "لين" و همکارانش با سوراخ کردن غشاي چندين مولکول منتخب توانستند آنهايي را که روشنايي آنها بيشترين تغيير را نسبت به تغيير ولتاژ دارند، انتخاب کنند. "لين" گفت مولکول حاصل موسوم به "ASAP۳" پاسخگوترين نشانگر به ولتاژ است. "ديودون" و آزمايشگاه وي بر روي يک مشکل ديگر متمرکز شدند. اينکه چگونه ميتوان نورونها را در اعماق مغز اسکن کرد. براي ساختن مولکولهاي فلوئورسنتي مانند "ASAP۳" در اعماق مغز، محققان اغلب از تکنيکي به نام "تصويربرداري دو فوتوني" استفاده ميکنند که از پرتوهاي ليزر مادون قرمز استفاده ميکند که ميتوانند به بافت نفوذ کنند. سپس محققان به منظور اسکن به اندازه کافي سريع چند نورون و ديدن تعامل آنها که تنها در حدود يک هزارم ثانيه طول ميکشد، بايد نقاط تابش ليزر را به سرعت از يک نورون به نورون ديگر منتقل کنند، کاري که انجام مطمئن آن در حيوانات که حرکت ميکنند، سخت است. "ديودون" و همکارانش راه حل را پيدا کردند که يک الگوريتم جديد به نام "تحريک حجمي منطقهاي فوق سريع" يا "ULoVE" است که در آن ليزر سريعاً چندين نقطه از حجم اطراف يک نورون را اسکن ميکند. "ديودون" گفت: چنين استراتژيهايي که در آن هر پالس از ليزر به دقت شکل گرفته و به فضاي مناسب درون بافت فرستاده ميشود، استفاده بهينه از قدرت نور را شامل ميشود و اميدوارم به ما امکان ضبط و تحريک ميليونها مکان در مغز را در هر ثانيه بدهد. محققان با کنار هم قرار دادن اين روشها در موشها نشان دادند که ميتوانند جزئيات زيادي از فعاليت مغز آنها را در لايههاي بالاي مغز که کنترل حرکت، تصميم گيري و ساير عملکردهاي شناختي را بر عهده دارد، رديابي کنند. "لين" گفت: اکنون ميتوانيم نورونهاي موجود در مغز موش زنده را با دقت بسيار بالايي نگاه کنيم و ميتوانيم اين کار را براي مدت طولاني دنبال کنيم. اين امر باعث ميشود نه تنها چگونگي پردازش سيگنال نورونها از سلولهاي عصبي ديگر و نحوه تصميم گيري آنها، بلکه چگونگي تغيير محاسبات نورونها با گذشت زمان را دريابيم. در اين ميان "لين" و همکارانش بر بهبود بيشتر روشهاي خود متمرکز هستند. وي گفت: مولکول "ASAP۳" اکنون بسيار قابل استفاده است، اما ما اطمينان داريم که "ASAP۴" و "ASAP۵" به وجود خواهند آمد. الکتروپوراسيون(Electroporation) يک روش ميکروبيولوژي است که در آن اعمال يک ميدان الکتريکي به سلولها به منظور افزايش نفوذپذيري غشاء سلولي، اجازه ميدهد مواد شيميايي، مواد دارويي يا DNA به سلول منتقل شوند. اين روش الکتروترنسفر نيز ناميده ميشود. در ميکروبشناسي، فرآيند الکتروپوراسيون اغلب براي تبديل باکتريها، مخمرها يا پروتئينهاي گياهي به وسيله وارد کردن DNA کدگذاري شده جديد مورد استفاده قرار ميگيرد. اگر باکتريها و پلاسميدها با هم مخلوط شوند، پلاسميدها ميتوانند بعد از الکتروپوراسيون به باکتري تبديل شوند، هرچند بسته به اينکه چه چيزي منتقل ميشود پپتيدهاي نفوذکننده سلولي يا Cell-Squeezeها ميتوانند مورد استفاده قرار گيرد. الکتروپوراسيون با مکانيزم عبور هزاران ولت در فاصله يک تا دو ميليمتر سلولهاي معلق در يک دستگاه الکتروپوراسيون کار ميکند. پس از آن، جمعيت سلولها بايد با دقت مديريت شوند تا آنها فرصتي براي تقسيم شدن داشته باشند، تا سلولهاي جديد شامل پلاسميدهاي تکثير شده توليد شود. اين روند تقريباً 10 برابر مؤثرتر از تبديل شيميايي است. الکتروپوراسيون همچنين براي وارد کردن ژنهاي خارجي به سلولهاي در حال کشت، به خصوص سلولهاي پستانداران بسيار مفيد است. به عنوان مثال، آن را در روند توليد موشهاي آزمايشگاهي و همچنين در درمان تومور، ژن درماني و درمان مبتني بر سلول ميتوان استفاده کرد. فرآيند وارد کردن DNA خارجي به سلولهاي يوکاريوتي به عنوان "transfection" شناخته ميشود. الکتروپوراسيون براي وارد کردن به سلولها در تعليق با استفاده از دستگاههاي الکتروپوراسيون بسيار مؤثر است. الکتروپوراسيون براي استفاده در بافت موجودات زنده اثبات شده است. سلولهاي پايه را نيز ميتوان با استفاده از الکتروپوراسيون انتقال داد و محققان راه حلي براي جايگزيني سلولهايشان بعد از ترنسفکشن ارائه دادهاند. با اين حال يک نگراني در مورد الکتروپوراسيون وجود دارد و اين است که پس از فرآيند الکتروپوراسيون، فرآيند بيان ژن بيش از ۷۰۰۰ ژن ميتواند تحت تأثير قرار گيرد. اين امر ميتواند مشکلاتي را دربرداشته باشد که بيان ژن بايد کنترل شود تا نتايج دقيق و تضميني ارضا شود. همجوشي سلولي نه تنها به عنوان يک فرايند ضروري در زيستشناسي سلولي، بلکه همچنين به عنوان يک روش مفيد در بيوتکنولوژي و پزشکي مورد توجه است. سلولهاي همجوشي شده مصنوعي ميتواند براي بررسي و درمان بيماريهاي مختلف مانند ديابت، بازسازي آکسونها در سيستم عصبي مرکزي و توليد سلولهايي با خواص مورد نظر مانند واکسنهاي سلولي براي ايمونوتراپي سرطان استفاده شود. با اين حال اولين و شناخته شدهترين کاربرد همجوشي سلول، توليد آنتيباديهاي مونوکلونال در تکنولوژي هيبريدوم است. سلولهاي هيبريد به وسيله اتصال لنفوسيتهاي B توليدکننده آنتيبادي با سلولهاي سرطاني سلولهاي لنفوسيت B تشکيل ميشوند.