انظر داخل الأحياء: كيف يدرس العلماء الدماغ ولماذا

طريقة جديدة لتصوير الدماغ

• ماذا خلق العلماء؟

لقد طور الباحثون تقنية جديدة

يسمح لك بالحصول على مجهريةصور الفلورسنت في عمق الدماغ. وهو أربعة أضعاف الحد الذي يفرضه تشتت الضوء. غالبًا ما يستخدم المجهر الفلوري لتصور التفاصيل الجزيئية والخلوية للدماغ في النماذج الحيوانية لمختلف الأمراض. ومع ذلك، فقد اقتصرت حتى الآن على كميات صغيرة وإجراءات جراحية للغاية بسبب تشتت الضوء المكثف من الجلد والجمجمة.

طريقة جديدة - التصوير البصري المنتشرالتوطين (تصوير التوطين البصري المنتشر، DOLI). ويستفيد من التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR-II) من 1000 إلى 1700 نانومتر. وهذا ما يضمن أقل تشتت للضوء.

• لماذا؟

يعد تصور الديناميكيات البيولوجية في بيئة غير مضطربة ، في أعماق كائن حي ، أمرًا ضروريًا لفهم البيولوجيا المعقدة للكائنات الحية وتطور الأمراض.

تم إجراء الفحص المجهري ثلاثي الأبعاد بشكل غير جراحي تمامًا مع دقة الشعيرات الدموية في دماغ الفأر البالغ ، مما أدى إلى تغطية مجال رؤية يبلغ حوالي 1 سم بشكل فعال.

تسمح تقنية جديدة لتصوير الدماغ بصور الأوعية الدموية العميقة في دماغ الفئران.

توفير إمكانية المراقبة البصرية معلاحظ الباحثون أن الدقة العالية في الأنسجة الحية العميقة هدف طويل الأمد في التصوير الطبي الحيوي. سيكون التطور الجديد مفيدًا في دراسة النشاط العصبي ودوران الأوعية الدقيقة والتفاعل العصبي والأوعية الدموية والتنكس العصبي.

تنشيط الخلايا العصبية في أعماق الدماغ

• ماذا خلق العلماء؟

علماء أمريكيون من واشنطنطورت جامعة سانت لويس تقنية جديدة لتحفيز الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة التي يمكنها تشغيل أنواع معينة من الخلايا العصبية وإيقافها في الدماغ والتحكم بدقة في النشاط الحركي دون زرع جهاز جراحي.

أظهرت الدراسة نجاح الموجات فوق الصوتية في التحفيز العميق للخلايا العصبية لأول مرة.

لقد وضع العلماء تصميمًا خاصًا ،تحتوي على قنوات أيونية TRPV1 إلى الخلايا العصبية المختارة وراثيا. ثم قاموا بإحداث دفعة صغيرة من الحرارة باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة منخفضة الكثافة لاختيار الخلايا العصبية في الدماغ من خلال جهاز يمكن ارتداؤه. أدت الحرارة ، التي ترتفع بضع درجات فقط فوق درجة حرارة الجسم ، إلى تنشيط قناة TRPV1 الأيونية. في النهاية ، كان بمثابة مفتاح لتشغيل الخلايا العصبية أو إيقاف تشغيلها.

• لماذا؟

الاضطرابات العصبية مثل المرضحقق مرض باركنسون والصرع بعض النجاح في العلاج باستخدام التحفيز العميق للدماغ. المشكلة هي أنها تتطلب زرع جهاز جراحي. سيغير التطور الجديد نهج البحث في مجال البيولوجيا العصبية وسيفتح طرقًا جديدة لفهم وعلاج أمراض الدماغ البشرية.

التمثيل الضوئي ، ليس في النباتات ، ولكن في الدماغ

• ماذا فعل العلماء؟

انسداد الأوعية الدموية في الدماغيمنع مرضى السكتة الدماغية الدم الغني بالأكسجين من الوصول إلى الخلايا. وهذا بدوره يؤدي إلى أضرار جسيمة. تنتج النباتات وبعض الميكروبات الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي. ماذا لو كانت هناك طريقة لتفعيلها في أدمغة المرضى؟ لقد فعل العلماء هذا بالضبط مع الخلايا والفئران باستخدام الطحالب الخضراء المزرقة والجسيمات النانوية الخاصة في مظاهرةهم.

الطحالب الخضراء المزرقة مثلSynechococcus elongatusدرس سابقا لعلاج النقصالأكسجين في أنسجة القلب والأورام من خلال التمثيل الضوئي. لكن الضوء المرئي اللازم لتحريك الميكروبات لا يمكنه اختراق الجمجمة. نعم ، بالطبع ، يمكن أن يمر الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء عبر العظام ، لكن هذا لا يكفي لتفعيل عملية التمثيل الضوئي مباشرة.

جسيمات نانوية خاصة تستخدم لالتصوير، يمكنه امتصاص فوتونات الأشعة تحت الحمراء القريبة وإصدار الضوء المرئي. وباستخدامها، طور العلماء نهجًا جديدًا يمكن استخدامه يومًا ما لمرضى السكتة الدماغية من خلال الجمعS. elongatusوالجسيمات النانوية وضوء الأشعة تحت الحمراء القريب في نظام جديد من التركيب الضوئي النانوي.

أقسام الدماغ من الفئران تعامل معالعلاج الضوئي بالنانو (يمين) يحتوي على عدد أقل من الخلايا العصبية التالفة الموضحة باللون الأخضر مقارنة بالفئران الضابطة (يسار). الائتمان: مقتبس من Nano Letters 2021، DOI: 10.10.21 / acs.nanolett.1c00719.

وقد ربط الباحثونS. elongatusمع جسيمات النيوديميوم النانوية التي تحولضوء الأشعة تحت الحمراء يخترق الأنسجة بطول موجي مرئي. وهذا ما تستخدمه البكتيريا في عملية التمثيل الضوئي. ووجد العلماء أن طريقة التمثيل الضوئي النانوي قللت من عدد الخلايا العصبية التي ماتت بعد الحرمان من الأكسجين والجلوكوز. ثم قاموا بحقن البكتيريا والجسيمات النانوية في الفئران التي تعاني من انسداد الشرايين الدماغية، وقاموا بتعريض الفئران للضوء. أدى العلاج إلى تقليل عدد الخلايا العصبية المحتضرة، وتحسين الوظيفة الحركية للحيوانات، بل وساعد الأوعية الدموية الجديدة على البدء في النمو.

• لماذا؟

وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ،يموت 5 ملايين شخص كل عام من السكتات الدماغية في جميع أنحاء العالم. يعيش ملايين آخرون ، لكنهم غالبًا ما يظلون يعانون من إعاقات ، مثل مشاكل الكلام أو البلع أو الذاكرة. السبب الأكثر شيوعًا هو انسداد الأوعية الدموية في الدماغ ، وأفضل طريقة لمنع تلف الدماغ الدائم من هذا النوع من السكتة الدماغية هو حل أو إزالة الانسداد بالجراحة في أسرع وقت ممكن. ومع ذلك ، فإن هذه الخيارات تعمل فقط لفترة قصيرة بعد السكتة الدماغية ويمكن أن تكون خطيرة.

طريقة التركيب النانوي تحل هذه المشكلة.

ويقول الباحثون إنه على الرغم من أن الدواء لا يزال قيد الاختبار على الحيوانات، إلا أنه يعد بالتقدم يومًا ما في التجارب السريرية البشرية.

قراءة المزيد

وجد العلماء أن الذهب عالي التخصيب يتكون على شكل زبادي

حصل أورانوس على مكانة أغرب كوكب في المجموعة الشمسية. لماذا؟

سمع العلماء "محادثة" بين ذرتين