به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، مهندسانMIT الیاف نرم و قابل کاشتنی ساخته‌اند که می‌تواند نور را به اعصاب اصلی بدن برساند. هنگامی که این اعصاب به طور ژنتیکی دستکاری می‌شوند تا به نور پاسخ دهند، فیبرها می‌توانند پالس‌های نور را به اعصاب بفرستند تا درد را مهار کنند. فیبرهای نوری انعطاف‌‌پذیر هستند و با بدن کشیده می‌شوند. فیبرهای جدید به عنوان ابزاری آزمایشی هستند که می‌توانند توسط دانشمندان برای کشف علل و درمان‌های بالقوه اختلالات اعصاب محیطی در مدل‌های حیوانی استفاده شوند. درد عصب محیطی زمانی رخ می‌دهد که اعصاب خارج از مغز و نخاع آسیب ببینند و منجر به احساس گزگز، بی‌حسی و درد در اندام‌های آسیب دیده شود. تخمین زده می‌شود که نوروپاتی محیطی بیش از 20 میلیون نفر را در ایالات متحده تحت تاثیر قرار دهد. محققان این مطالعه خاطر نشان  کردند دستگاه‌های فعلی که برای مطالعه اختلالات عصبی استفاده می‌شوند از مواد سفت ساخته شده‌اند که حرکت را محدود می‌کند، به طوری که در صورت وجود درد، نمی‌توان آسیب نخاعی و بهبودی را مطالعه نمود. فیبرهای جدید می‌توانند با حرکت طبیعی بدن سازگار شوند و کار خود را انجام دهند در حالی که حرکت سوژه را محدود نمی‌کنند. این می‌‌تواند اطلاعات دقیق‌تری به ما بدهد. محققان این مطالعه افزودند اکنون، مردم ابزاری برای مطالعه بیماری‌های مربوط به سیستم عصبی محیطی در شرایط بسیار پویا، طبیعی و بدون محدودیت دارند که جزئیات الیاف جدید این تیم تحقیقاتی در مطالعه‌ای که در Nature Methods منتشر شده گزارش شده است.

اپتوژنتیک و عملکرد آن در این مطالعه

مطالعه جدید ناشی از تمایل تیم تحقیقاتی به گسترش استفاده از اپتوژنتیک برای ببرسی غملکرد مغز و نورون‌ها بود. اپتوژنتیک تکنیکی است که به وسیله آن اعصاب برای پاسخ به نور، مهندسی ژنتیکی می‌شوند. اپتوژنتیک ترکیبی از علم ژنتیک و روش‌های نوری می‌باشد تا به کمک آن عملکردهای مشخص در سلول‌های تخصصی بافت‌های زنده ایجاد یا حذف شوند. به عبارت دیگر اپتوژنتیک ترکیبی از دانش‌های اپتیک، ژنتیک و مهندسی زیستی است که به کمک آن می‌توان فعالیت سلول‌ها را  ازطریق پروتئین‌های حساس به نور، مهار یا تحریک کرد. در مطالعات اپتوژنتیکی دانشمندان، کد ژنتیکی نورون مورد مطالعه را می‌گیرند و کد جدیدی را در آن قرار می‌دهند که این کد به نورون ها اجازه می‌دهد پروتئین مخصوصی به نام اپسین (opsin) را بسازند که این پروتئین‌ها به طیف خاصی از نور واکنش می‌دهند. اپسین‌ها برای اولین بار در جلبک‌ها کشف شدند که به آن‌ها در حرکت به سمت نور کمک می‌کند .قرار گرفتن در معرض آن نور سپس می‌تواند عصب را فعال یا مهار کند، که می‌تواند اطلاعاتی در مورد نحوه عملکرد عصب و تعامل با محیط اطراف خود به دانشمندان بدهد. دانشمندان علوم اعصاب از اپتوژنتیک در حیوانات برای ردیابی دقیق مسیرهای عصبی زیربنای طیف وسیعی از اختلالات مغزی، از جمله اعتیاد، بیماری پارکینسون، و اختلالات خلقی و خواب استفاده کرده‌اند.  اطلاعاتی که منجر به درمان‌‌های هدفمند برای این شرایط شده است.تا به امروز، اپتوژنتیک عمدتاً در مغز، ناحیه‌ای که فاقد گیرنده‌های درد است، استفاده شده است، که امکان کاشت نسبتاً بدون درد دستگاه‌های سفت و سخت را فراهم می‌کند. با این حال، دستگاه‌های سفت و سخت همچنان می‌توانند به بافت‌های عصبی آسیب برسانند. تیمMIT به این فکر افتاد که آیا این تکنیک می‌تواند به اعصاب خارج از مغز نیز گسترش یابد. درست مانند مغز و نخاع، اعصاب در سیستم محیطی می‌توانند طیف وسیعی از اختلالات، از جمله سیاتیک، بیماری نورون حرکتی، و بی‌حسی و درد را تجربه کنند. اپتوژنتیک می‌تواند به دانشمندان علوم اعصاب کمک کند تا علل خاص بیماری‌های اعصاب محیطی و همچنین آزمایش‌های درمانی برای کاهش آنها را شناسایی کنند. اما مانع اصلی اجرای این تکنیک فراتر از مغز، حرکت است. اعصاب محیطی فشار و کشیدن مداوم از عضلات و بافت‌های اطراف را تجربه می‌کنند. اگر از دستگاه‌های سیلیکونی سفت و سخت در محیط اطراف استفاده شود، حرکت طبیعی حیوان را محدود کرده و به طور بالقوه باعث آسیب بافتی می‌شود.

بررسی عملکرد کریستال و نور در مطالعه حاضر

محققان این تیم تحقیقاتی به دنبال توسعه جایگزینی بودند که بتواند با بدن کار کند و حرکت کند. طرح جدید آن‌ها یک فیبر نرم، قابل کشش و شفاف است که از هیدروژل ساخته شده است –ترکیبی لاستیکی و زیست‌سازگار از پلیمرها و آب، که نسبت آن را برای ایجاد کریستال‌های ریز و در مقیاس نانو از پلیمرها تنظیم کرده‌اند که در سراسر محلولی شبیه به ژله پراکنده شده‌اند. این فیبر دو لایه را شامل می‌شود - یک هسته و یک پوسته بیرونی یا پوشش است. این تیم محلول‌های هر لایه را برای ایجاد یک آرایش کریستالی خاص مخلوط کردند. این آرایش به هر لایه یک ضریب انکسار خاص و متفاوت می‌داد، و لایه‌ها با هم از خروج یا پراکندگی نوری که از فیبر عبور می‌کرد جلوگیری می‌کرد. این تیم تحقیقاتی، فیبرهای نوری را در موش‌هایی آزمایش کردند که اعصاب آنها از نظر ژنتیکی اصلاح شده بود تا به نور آبی که فعالیت عصبی را تحریک می‌کند یا نور زردی که فعالیت آنها را مهار می‌کند پاسخ دهند. آنها دریافتند که حتی با وجود فیبر کاشته شده، موش‌ها می توانند آزادانه روی یک چرخ بدوند. پس از دو ماه تمرین چرخ، که حدود 30000 چرخه انجام شد، محققان دریافتند که فیبر هنوز قوی و مقاوم در برابر خستگی است و همچنین می‌تواند نور را به طور موثر برای تحریک انقباض عضلانی منتقل کند. سپس تیم لیزر زرد رنگی را روشن کردند و آن را از فیبر کاشته شده عبور دادند. با استفاده از روش‌های استاندارد آزمایشگاهی برای ارزیابی مهار درد، آنها مشاهده کردند که موش‌ها نسبت به جوندگانی که با نور تحریک نشده بودند، نسبت به درد بسیار کمتر حساس بودند. فیبرها توانستند به طور قابل توجهی درد سیاتیک را در موش‌های تحریک شده با نور مهار کنند. محققان این الیاف را ابزار جدیدی می‌دانند که می‌تواند به دانشمندان در شناسایی ریشه‌های درد و سایر اختلالات عصبی محیطی کمک کند. محققان همچنین افزودند که روی فیبر به عنوان یک فناوری جدید علوم اعصاب تمرکز خواهند نمود. محققان امیدوارند که بتوان مکانیسم‌های درد در سیستم عصبی محیطی را تشریح نمود. با گذشت زمان، این فناوری ممکن است به شناسایی درمان‌های مکانیکی جدید برای درد مزمن و سایر شرایط ناتوان‌کننده مانند تخریب یا آسیب عصبی، همچنین در درمان بسیاری از بیماری‌های مرتبط با مغز و نورون‌ها کمک کند.

پایان مطلب./