کنترل رشد نورون‌ها با ابزارهای میکروسیالی
1394/10/09 در ساعت 15:39:00تیمی از دانشگاه تگزاس که بر روی شیوه‌ی کنترل رشد نورون‌ها در محیط آزمایشگاهی و در بدن انسان تحقیق می‌کردند، طی مقاله‌ای در نیچر ساینتیفیک ریپورت به نقش اساسی جریان سیال در این روند اشاره کرده‌اند.
به گزارش مرکز اطلاع رسانی و روابط عمومی معاونت علمی وفناوری رئیس جمهوری بخش فناوری های همگرا (ENBICS)؛ بر اساس مطالعه جدیدی با همکاری سامارندا موهانتلی – رییس آزمایشگاه فیزیولوژی و بیوفیزیک دانشکده‌ی علوم– محققان توانسته‌اند با استفاده از تحریکات میکروسیالی مسیر آکسون‌ها را تا 90 درجه تغییر دهند. آکسون‌ها ساقه‌ی سلول‌های عصبی هستند که از طریق پایانه‌های خود با سایر نورون‌ها ارتباط برقرار می‌کنند.
در این مقاله دیدگاه‌های تازه‌ای به باورهای فعلی دنیای پزشکی افزوده می‌شود. عقیده بر این است که در حین رشد انسان و احیای سامانه‌ی عصبی، مواد شیمیایی آزاد شده از اکسون مسئول راهیابی سیگنال‌های آکسونی می‌باشند. این دانش خود زمینه‌ی پیشرفت روش‌های درمانی در آسیب‌های نخاعی را فراهم می کند. جریان سیال علاوه بر اثرگذاری روی مواد بیوشیمیایی موجود، هدایت آکسون‌های احیاکننده را نیز بر عهده دارد.
عصب‌شناسان به دنبال یافتن وسیله‌ای غیرتهاجمی و موثر برای کنترل رشد نورون‌ها هستند. آن‌ها امیدوارند بتوانند نحوه‌ی عملکرد مدارهای عصبی را مشخص کنند و همچنین راه‌هایی برای آزمودن داروهای با استفاده از آزمایشگاه روی تراشه بیابند. ادوات آزمایشگاه روی تراشه بسیاری از فعالیت‌های آزمایشگاهی را تنها بر روی یک میکروتراشه انجام می‌دهند.
نویسندگان مقاله لینگ گو، برایان بلک، سیمون اردونز و آرقا موندال - محققان آزمایشگاه موهانتلی و آنکور جین از دپارتمان مهندسی هوا و فضای دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه آرلینگتون بودند. عنوان مقاله « کنترل میکروسیالی هدایت آکسونی » است.
موهانتی می گوید: « می‌دانیم جریان سیال در فرآیند‌های مختلفی حین رشد عضو دخالت دارد. اما شواهدی جهت تایید تاثیر مستقیم جریان میکروسیال بر انتقال آکسونی در دست نیست. آزمایش‌های ما نشان می‌دهند که نه تنها عوامل شیمیایی بلکه عوامل فیزیکی مانند نیرو، گرما و جریان نیز می‌توانند در کنترل هدایت عصبی در آزمایشگاه و بدن نقش داشته باشند.»
جدیدترین مقاله‌ی موهانتی و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا ارواین در نشریه‌ی نیچرز فوتونیک در ژانویه ۲۰۱۲ منتشر شده است. آن‌ها موفق به کنترل رشد آکسون‌ها شدند. برای این کار آن‌ها از ذره‌ای استفاده کردند که در مجاورت پرتو لیزر دوران می‌کرد و مانند میکروموتور در سیال جریان ایجاد می‌کرد. گو، بلک و موهانتی در اوایل سال جاری، در مقاله‌ای در مجله‌ی PLOS کنترل رشد آکسون با استفاده از گرمای تولیدی نور نزدیک مادون‌قرمز را شرح دادند.
در این کار جدید جهت اطمینان از تاثیر جریان و نه گرما یا نیروی مکانیکی تولید شده توسط نور- بر تغییر هدایت آکسون ، از جریان مستقیم میکروتیوب استفاده شد.
موهانتی و تیم تحقیقاتیش برای تایید صحت نظریه‌ی خود درباره‌ی جریان مستقیم ازسلول‌های گانگلیون شبکه چشم ماهی قرمز استفاده کردند. در آزمایشگاه ۳۵ درصد مخروط‌های رشد داده شده به جریان سیال میکروتیوب ها پاسخ دادند و ۷۸ درصد به سمت جریان چرخیدند.
جیم گراور رییس موقت دانشکده علوم آرلینگتون می گوید: « کاری که تیم دکتر موهانتی انجام داده، می‌تواند تحقیقات علوم پایه را به روش هایی تبدیل کند که منجر به پیشرفت های بزرگ درحیطه‌ی سلامت انسان شود. »
بلک می‌افزاید: « بعد از آن‌که مرزهای هدایت آکسونی موثر در مقابل آسیب یا جداشدگی را تعیین کردیم، می‌توانیم سطوح میکروسیالی که برنامه‌ها و الگوهای جریان پیچیده را ایجاد می‌کنند، بسازیم. بدین صورت می‌توانیم دریابیم که آیا فرآیند برگشت‌پذیر است، در میان چیزهای دیگر است و یا به طور بالقوه به ما اجازه تولید مدارهای نورونی ساده را می‌دهد یا خیر.»
عصب‌شناسان به دنبال یافتن وسیله‌ای غیرتهاجمی و موثر برای کنترل رشد نورون‌ها هستند. آن‌ها امیدوارند بتوانند نحوه‌ی عملکرد مدارهای عصبی را مشخص کنند و همچنین راه‌هایی برای آزمودن داروهای با استفاده از آزمایشگاه روی تراشه بیابند. ادوات آزمایشگاه روی تراشه بسیاری از فعالیت‌های آزمایشگاهی را تنها بر روی یک میکروتراشه انجام می‌دهند.
نویسندگان مقاله لینگ گو، برایان بلک، سیمون اردونز و آرقا موندال - محققان آزمایشگاه موهانتلی و آنکور جین از دپارتمان مهندسی هوا و فضای دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه آرلینگتون بودند. عنوان مقاله « کنترل میکروسیالی هدایت آکسونی » است.
موهانتی می گوید: « می‌دانیم جریان سیال در فرآیند‌های مختلفی حین رشد عضو دخالت دارد. اما شواهدی جهت تایید تاثیر مستقیم جریان میکروسیال بر انتقال آکسونی در دست نیست. آزمایش‌های ما نشان می‌دهند که نه تنها عوامل شیمیایی بلکه عوامل فیزیکی مانند نیرو، گرما و جریان نیز می‌توانند در کنترل هدایت عصبی در آزمایشگاه و بدن نقش داشته باشند.»
جدیدترین مقاله‌ی موهانتی و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا ارواین در نشریه‌ی نیچرز فوتونیک در ژانویه ۲۰۱۲ منتشر شده است. آن‌ها موفق به کنترل رشد آکسون‌ها شدند. برای این کار آن‌ها از ذره‌ای استفاده کردند که در مجاورت پرتو لیزر دوران می‌کرد و مانند میکروموتور در سیال جریان ایجاد می‌کرد. گو، بلک و موهانتی در اوایل سال جاری، در مقاله‌ای در مجله‌ی PLOS کنترل رشد آکسون با استفاده از گرمای تولیدی نور نزدیک مادون‌قرمز را شرح دادند.
در این کار جدید جهت اطمینان از تاثیر جریان و نه گرما یا نیروی مکانیکی تولید شده توسط نور- بر تغییر هدایت آکسون ، از جریان مستقیم میکروتیوب استفاده شد.
موهانتی و تیم تحقیقاتیش برای تایید صحت نظریه‌ی خود درباره‌ی جریان مستقیم ازسلول‌های گانگلیون شبکه چشم ماهی قرمز استفاده کردند. در آزمایشگاه ۳۵ درصد مخروط‌های رشد داده شده به جریان سیال میکروتیوب ها پاسخ دادند و ۷۸ درصد به سمت جریان چرخیدند.
جیم گراور رییس موقت دانشکده علوم آرلینگتون می گوید: « کاری که تیم دکتر موهانتی انجام داده، می‌تواند تحقیقات علوم پایه را به روش هایی تبدیل کند که منجر به پیشرفت های بزرگ درحیطه‌ی سلامت انسان شود. »
بلک می‌افزاید: « بعد از آن‌که مرزهای هدایت آکسونی موثر در مقابل آسیب یا جداشدگی را تعیین کردیم، می‌توانیم سطوح میکروسیالی که برنامه‌ها و الگوهای جریان پیچیده را ایجاد می‌کنند، بسازیم. بدین صورت می‌توانیم دریابیم که آیا فرآیند برگشت‌پذیر است، در میان چیزهای دیگر است و یا به طور بالقوه به ما اجازه تولید مدارهای نورونی ساده را می‌دهد یا خیر.»
