اخبار تکنولوژی, اخبار علمی
تکنیک جدید MRI نور پنهانی در اعماق مغز آشکار کرد
پژوهشگران مهندسی دانشکده MIT با توسعه روشی پیشگامانه مبتنی بر MRI برای تشخیص بیولومینسانس در مغز، امکان تصویربرداری دقیق از ساختارهای عمقی مغز و درک بهتر عملکرد مغز و بیان ژن را فراهم کرده‌اند
یک تکنیک جدید MRI که در MIT توسعه یافته است، امکان تصویربرداری دقیق از بیولومینسانس در اعماق مغز را فراهم می کند و دیدگاه های جدیدی در مورد چگونگی رشد سلول های مغزی و برقراری ارتباط آنها با یکدیگر ارائه می دهد.
دانشمندان اغلب سلول ها را با پروتئین های درخشنده علامت گذاری می کنند تا بتوانند رشد تومور را ردیابی کنند یا تغییرات در بیان ژن را که در تمایز سلولی رخ می دهد اندازه گیری کنند.
در حالی که این تکنیک در سلول ها و برخی بافت های بدن به خوبی عمل می کند، اعمال این تکنیک برای تصویربرداری از ساختارهای عمیق مغز دشوار بوده است، زیرا نور قبل از اینکه قابل تشخیص باشد به میزان زیادی پراکنده می شود.
مهندسان MIT اکنون راهی جدید برای تشخیص این نوع نور، که به بیولومینسانس معروف است، در مغز ارائه کرده‌اند: آنها رگ‌های خونی مغز را مهندسی کرده‌اند تا پروتئینی را بیان کنند که باعث گشاد شدن آنها در حضور نور می‌شود. سپس این گشادی را می توان با تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) مشاهده کرد و به محققان اجازه داد تا منبع نور را به طور دقیق مشخص کنند.
آلن جاسانوف، استاد مهندسی زیستی، علوم مغز و شناختی و مهندسی هسته‌ای و علوم هسته‌ای در MIT می‌گوید: «مشکل شناخته‌شده‌ای که ما در علوم اعصاب و همچنین سایر زمینه‌ها با آن مواجه هستیم، استفاده از ابزارهای نوری در بافت‌های عمیق است. یکی از اهداف اصلی مطالعه ما یافتن راهی برای تصویربرداری از مولکول‌های بیولومینسانس در بافت‌های عمیق با وضوح نسبتاً بالا بود»
این تکنیک جدید که توسط جاسانوف و همکارانش توسعه یافته است، می‌تواند به محققان امکان دهد تا عملکرد درونی مغز را با جزئیات بیشتری نسبت به گذشته کاوش کنند.
جاسانوف که همچنین پژوهشگر وابسته در مؤسسه تحقیقات مغز مک‌گاورن MIT است، نویسنده ارشد این مطالعه است که امروز (۱۰ مه) در مجله Nature Biomedical Engineering منتشر شده است. رابرت اوهلندورف و نان لی، دانشجویان پسادکترای سابق MIT، نویسندگان اصلی این مقاله هستند
تشخیص نور با روش جدید پروتئین‌های بیولومینسانس در بسیاری از موجودات از جمله عروس دریایی و کرم شب‌تاب یافت می‌شوند. دانشمندان از این پروتئین‌ها برای برچسب زدن پروتئین‌ها یا سلول‌های خاص استفاده می‌کنند که درخشش آنها توسط لومینومتر قابل تشخیص است. یکی از پروتئین‌های رایج برای این منظور لوسیفراز است که در انواع مختلفی وجود دارد که با رنگ‌های مختلف درخشش می‌کنند.
آزمایشگاه جاسانوف که در توسعه روش‌های جدید برای تصویربرداری از مغز با استفاده از MRI تخصص دارد، می‌خواست راهی برای تشخیص لوسیفراز در اعماق مغز پیدا کند. برای رسیدن به این هدف، آنها روشی برای تبدیل عروق خونی مغز به حسگرهای نور ابداع کردند. یکی از روش‌های رایج MRI با تصویربرداری از تغییرات جریان خون در مغز کار می‌کند، بنابراین محققان خود عروق‌های خونی را مهندسی کردند تا با گشاد شدن به نور پاسخ دهند.
جاسانوف می‌گوید: «عروق خونی منبع اصلی کنتراست تصویربرداری در MRI عملکردی و سایر تکنیک‌های تصویربرداری غیرتهاجمی هستند، بنابراین ما فکر کردیم می‌توانیم قابلیت ذاتی این تکنیک‌ها را برای تصویربرداری از عروق خونی به وسیله‌ای برای تصویربرداری از نور با حساس کردن خود عروق‌های خونی به نور تبدیل کنیم.»
برای اینکه عروق‌های خونی به نور حساس شوند، محققان آنها را مهندسی کردند تا پروتئینی باکتریایی به نام Beggiatoa photoactivated adenylate cyclase (bPAC) را بیان کنند. این آنزیم در صورت قرار گرفتن در معرض نور، مولکولی به نام cAMP تولید می‌کند که باعث گشاد شدن عروق‌های خونی می‌شود. هنگامی که عروق‌های خونی گشاد می‌شوند، تعادل هموگلوبین اکسیژن‌دار و غیر اکسیژن‌دار را که خواص مغناطیسی متفاوتی دارند، تغییر می‌دهد. این تغییر در خواص مغناطیسی توسط MRI قابل تشخیص است.
bPAC به طور خاص به نور آبی که طول موج کوتاهی دارد پاسخ می‌دهد، بنابراین نور تولید شده در فاصله نزدیک را تشخیص می‌دهد. محققان از یک ناقل ویروسی برای انتقال ژن bPAC به طور خاص به سلول‌های ماهیچه صاف که عروق‌های خونی را تشکیل می‌دهند، استفاده کردند. هنگامی که این ناقل در موش‌ها تزریق شد، عروق‌های خونی در سراسر ناحیه وسیعی از مغز به نور حساس شدند.
جاسانوف می‌گوید: «عروق‌های خونی در مغز شبکه‌ای بسیار متراکم تشکیل می‌دهند. هر سلول در مغز در فاصله چند ده میکرونی از یک رگ خونی قرار دارد. روشی که دوست دارم رویکرد خود را توصیف کنم این است که ما اساساً عروق خونی مغز را به یک دوربین سه بعدی تبدیل می‌کنیم.»
پس از اینکه عروق‌های خونی به نور حساس شدند، محققان سلول‌هایی را پیوند زدند که مهندسی شده بودند تا در صورت وجود زیرلایه ای به نام CZT، لوسیفراز را بیان کنند. در موش‌ها، محققان با تصویربرداری از مغز با MRI که عروق‌های خونی گشاد شده را نشان می‌داد، توانستند لوسیفراز را تشخیص دهند.
دنبال کردن تغییرات در مغز
سپس محققان بررسی کردند که آیا تکنیک آنها می تواند نوری را که توسط سلول های خود مغز تولید می شود، در صورت مهندسی برای بیان لوسیفراز، تشخیص دهد. آنها ژن نوعی لوسیفراز به نام GLuc را به سلول‌های ناحیه‌ای عمیق مغز به نام استریاتوم تزریق کردند. هنگامی که زیرلایه CZT به حیوانات تزریق شد، تصویربرداری MRI مکان‌هایی را که نور از آنها ساطع شده بود را آشکار کرد.
جاسانوف می‌گوید این تکنیک که محققان آن را تصویربرداری بیولومینسانس با استفاده از همودینامیک یا BLUsH نامیده‌اند، می‌تواند به روش‌های مختلفی به دانشمندان کمک کند تا در مورد مغز اطلاعات بیشتری کسب کنند.
از یک طرف، می توان از آن برای ترسیم تغییرات در بیان ژن با اتصال بیان لوسیفراز به یک ژن خاص استفاده کرد. این می تواند به محققان کمک کند تا نحوه تغییر بیان ژن در طول رشد جنینی و تمایز سلولی، یا در هنگام شکل گیری خاطرات جدید را مشاهده کنند. لوسیفراز همچنین می تواند برای ترسیم اتصالات آناتومیکی بین سلول ها یا آشکار کردن نحوه ارتباط سلول ها با یکدیگر استفاده شود.
محققان اکنون قصد دارند برخی از این کاربردها را بررسی کنند و همچنین این روش را برای استفاده در موش ها و سایر مدل های حیوانی تطبیق دهند.
مرجع: “تصویربرداری بیولومینسانس با تشخیص کنتراست همودینامیک موضعی از عروق خونی حساس به نور” توسط رابرت اوهلندورف، نان لی، والری دوان فی ون، میریام شوالم، یوتینگ کئ، میراندا داوسون، یینگ جیانگ، سایانی داس، برنا استالینگز، ون تینگ ژنگ و آلن جاسانوف، 10 مه 2024، مهندسی زیست پزشکی طبیعت.
همچنین بخوانید:
- مواد شیمیایی رایج در خانه باعث آسیب مغزی می‌شود!
- مراقبت خوب از دندان‌ها می‌تواند برای سلامت مغز مفید باشد.
- حتی نوشیدن مقدارناچیزی از الکل نیز به ایجاد تغییراتی در مغز و زوال عقل مرتبط است
مترجم: محمد صادق محمودی لرد
