07136476172 - 09172030360 [email protected]

مقدمه

دانشمندان با تولید دستگاه بی سیم کوچکی، قادرند فعالیت سلول های عصبی را تحریک یا مهار کنند. این دستگاه اپتوژنتیکی کم تهاجمی، محققان را یک قدم به درمان های جدید برای درد مزمن، افسردگی، صرع و موارد دیگر نزدیک می کند.

هر آنچه در مغز اتفاق می افتد در نتیجه ارسال و دریافت سیگنال های عصبی در شبکه های پیچیده است. مکانیسم های پیچیده این شبکه به طور کامل توسط دانشمندان تا به امروز درک نشده است. این شبکه های پیچیده با کارکرد منظم خود به ما امکان می دهند یک فنجان قهوه بریزیم. یا بخندیم و همچنین از روی صندلی بلند شویم.

ممکن است ارسال و دریافت سیگنال ها در برخی نورون ها به درستی انجام نشود. این می تواند منجر به مشکلاتی مانند صرع، افسردگی، اعتیاد و درد مزمن شود.

محققان مهندسی دانشگاه آریزونا

ابزار جدیدی را برای روشی به نام اپتوژنتیک تولید کرده اند. نورهای خاصی را در مغز برای تحریک یا سرکوب فعالیت سلول های عصبی می تاباند. آزمایشات اپتوژنتیک با هدف افزایش درک نحوه عملکرد مغز انجام می شود. این بررسی ها به دانشمندان امکان می دهد تا درمان های احتمالی بیماری های عصبی را توسعه دهند.

نایج این پروژه جدید در PNAS منتشر شده است. محققان آریزونا، با محققان دانشگاه نورث وسترن برای تولید یک ابزار اپتوژنتیکی یکپارچه تحویل دهنده نور در مغز همکاری کردند.

دکتر آسورا دانشجوی دکتری مهندسی زیست پزشکی در آزمایشگاه Gutruf و نویسنده اول مقاله است. او می گوید: “با استفاده از این تکنیک ما می توانیم بدون نیاز به نفوذ به جمجمه یا بافت مغز، از اپتوژنتیک استفاده کنیم”.

دستگاه کوچک، نتایج بزرگ

آزمایشات اپتوژنتیک فعلی، در مدل های حیوانی انجام شده است. شامل معرفی یک پروتئین حساس به نور است. که به نورون های خاصی در مغز متصل می شود. سپس دانشمندان از یک دستگاه کوچک برای ارسال پالس های نور به این نورون ها و تعدیل فعالیت آنها استفاده می کنند.

این ابزار در عین حال که خاص و قدرتمند است، ساده است. تقریباً مانند استفاده از یک چراغ قوه کوچک و با تکنولوژی بالا است.

در مقاله جدید، گتروف و تیمش اولین دستگاه شبیه سازی اپتوژنتیک بین جمجمه ای بی سیم را معرفی کردند. می تواند به جای نفوذ فیزیکی به سد خونی مغزی، نور را از جمجمه ارسال کند.

روش فرا جمجمه ای با استفاده از یک دستگاه بی سیم و بدون باتری انجام می شود. نازک بوده و به اندازه یک ورق کاغذ و تقریباً نصف قطر یک سکه است. درست در زیر پوست کاشته می شود.

گتروف به عنوان یکی دیگر از اعضای اصلی تیم می گوید:

“در دسترس قرار گرفتن دستگاه اپتوژنتیکی برای انسان بسیار مهم است. ما فناوری داریم که امکان ارسال یکپارچه نور به نورون های مغز یا ستون فقرات را فراهم می کند”. ” این بدان معناست که ما یک فناوری پیش ساز داریم. می تواند روزی به مدیریت شرایطی مانند صرع یا درد مزمن بدون جراحی تهاجمی و استفاده مزمن از داروها کمک کند”.

سرعت بخشیدن به پیشرفت های آینده

هنوز راه درازی وجود دارد تا این فناوری در دسترس انسان قرار گیرد. به طور خاص، باید در مورد روش هایی برای وارد کردن پروتئین های حساس به نور به مغز و محیط پیرامون تحقیقات پیشرفته تر انجام شود.

در این میان، دستیابی به موفقیت در روش تحویل نور قوی تر، توانایی دانشمندان را برای مطالعه موضوعات در شرایط طبیعی تر بهبود می بخشد. این دستگاه نیازی به کاوشگرهای تهاجمی ندارد. سبب می شود تا تحقیقات اپتوژنتیک به میزان بیشتری در دسترس باشد. در حال حاضر، حتی آزمایشگاه هایی که به مجموعه پیچیده ای از تجهیزات جراحی دسترسی ندارند نیز می توانند به پیشرفت این زمینه کمک کنند.

گتروف گفت:

“این ابزار به دانشمندان اجازه می دهد طیف وسیعی از آزمایشات را انجام دهند که قبلاً امکان پذیر نبود”. “این امکانات، جامعه علمی را قادر می سازد تا سریعتر پیشرفت کند. اصول کار مغز را کشف کند. درنتیجه بتواند درمان ها را در محیط های دقیق تر توسعه داده و آزمایش کند. استفاده از این تکنولوژی در دسترسی به مناطق مهمی از مغز کاربرد دارد.

خلاصه

ابزارهای اپتوژنتیک بی سیم، بدون باتری و کاملاً قابل کاشت در زیر پوست اند. برای تحول تحقیقات عصبی بیولوژیکی در حیواناتی آزادانه حرکت می کنند آماده شده است. دستگاه های بی سیم نسل فعلی به اندازه کافی کوچک، نازک و سبک است. درنتیجه  برای کاشت زیر پوستی مناسب هستند.

این دستگاه ها مزایای زیادی دارند. زیرا علارغم قدرت بالا پیچیده و سنگین نیستند. با این حال، دستگاه های فعلی که از برق بی سیم استفاده می کنند، نیازمند تحریک تهاجمی، نفوذ به جمجمه و برهم زدن سد خونی مغزی هستند. این امر می تواند باعث جابجایی بافت، آسیب به بافت و سلول های عصبی و ایجاد زخم شود.

محدودیت های تحویل نیرو نیز به شدت اندازه پهنای موثر را کاهش می دهد. در اینجا، ما قدرت ذخیره سازی بسیار کوچک و خازنی را روی سکوی ایمپلنت های زیر پوستی بی سیم پیاده سازی کرده ایم.

با رویکردهای مدیریت دیجیتالی انتقال نیرو به اجزای اپتوالکترونیک، ما دو دسته از برنامه ها را فعال کردیم:

  • فعال سازی اپتوژنتیک بین جمجمه ای در مغز در حد میلی متر (با استفاده از تحریک قشر حرکتی برای ایجاد رفتارهای چرخشی تأیید شده است)
  • اپتوژنتیک بی سیم در عرصه های بیش از 1 متر مربع.

این روش اجازه می دهد تا آزمایش های رفتاری که قبلاً غیرممکن بود را با استفاده از ابزار اپتوژنتیک مدرن انجام دهیم.

اهمیت

ارسال نور برای تحریک بینایی زایی مغز، به ویژه در حیوانات کوچک، به دلیل محدودیت های رفتاری مرتبط با اتصال فیزیکی کابل های فیبر نوری، چالش برانگیز است. این محدودیت با برخی از آزمایشات رفتاری درون بدن تداخل دارد و برخی دیگر را نیز کلا غیرممکن می سازد.

علاوه بر این، کاوشگرهای نافذ مرتبط با این فناوری های مرتبط باعث آسیب به مناطق هدف در بافت های عصبی می شوند. در نتیجه ارزیابی تجربی را پیچیده می کند. در اینجا، ما یک سیستم بی سیم و بدون باتری را معرفی می کنیم. به عنوان یک ایمپلنت زیر پوستی با حداقل تهاجم به حیوان متصل می شود. قادر است تحریک نور اپتوژنتیک با شدت بالا را مستقیماً از طریق جمجمه، بدون نفوذ به مغز، انجام دهد. درنتیجه  فعالیت سلول های عصبی را تغییر دهد.

این رویکرد از آسیب به بافت مغز جلوگیری می کند. کاشت با جراحی ساده را تسهیل می کند. آزمایش های عصب شناسی جدید و مبتنی بر اخلاق را امکان پذیر می کند. بنابراین در عرصه های بزرگ تجربی قابل اجرا خواهد بود.

منبع:  https://doi.org/10.1073/pnas.2025775118

تحریک الکتریکی مغز

CPAP چیست و چگونه کار می کند؟