به گزارش آماج، یکی از فناوری‌هایی که در سال‌های اخیر توانایی دانشمندان برای مطالعه دقیق مغز و دستگاه عصبی را متحول کرده، «اپتوژنتیک» است؛ روشی که به پژوهشگران اجازه می‌دهد فعالیت گروه مشخصی از سلول‌های عصبی را با استفاده از نور کنترل کنند.
در این روش، ژنی که پروتئین حساس به نور «کانال‌رودوپسین» را تولید می‌کند، به سلول‌های عصبی منتقل می‌شود. این انتقال معمولاً با استفاده از ویروسی انجام می‌شود که به‌گونه‌ای تغییر داده شده تا توانایی ایجاد بیماری نداشته باشد. سلول‌های دریافت‌کننده این ژن، پروتئین کانال‌رودوپسین را تولید می‌کنند و در نتیجه نسبت به نور حساس می‌شوند.
کنترل سلول‌های عصبی با نور
در آزمایش‌هایی که روی حیواناتی مانند موش انجام می‌شود، پژوهشگران می‌توانند با استفاده از یک فیبر نوری بسیار باریک، نور را به بخش مشخصی از مغز برسانند. هنگامی که نور به سلول‌های دارای کانال‌رودوپسین می‌رسد، این پروتئین فعال شده و سلول عصبی را تحریک می‌کند؛ در حالی که سلول‌های عصبی مجاور که این پروتئین را ندارند، تحت تأثیر مستقیم نور قرار نمی‌گیرند.
یکی از ویژگی‌های مهم اپتوژنتیک، دقت بالای آن است. نور را می‌توان به ناحیه بسیار کوچکی از مغز هدایت کرد و در مدت‌زمانی بسیار کوتاه آن را روشن یا خاموش کرد. به همین دلیل، این فناوری ابزار قدرتمندی برای بررسی عملکرد مغز به شمار می‌رود.
برای مثال، اگر دانشمندان بخواهند بدانند گروه خاصی از سلول‌های عصبی چه نقشی در حافظه، خواب، احساسات یا حرکت دارند، می‌توانند همان سلول‌ها را با نور فعال کنند و سپس تغییرات رفتاری یا عصبی حیوان را بررسی کنند.
وقتی نور یک خاطره ترسناک را دوباره فعال کرد
یکی از آزمایش‌های شناخته‌شده در این زمینه در سال ۲۰۱۲ توسط پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد. در این مطالعه، موش‌ها در یک محفظه مشخص در معرض یک شوک الکتریکی خفیف قرار گرفتند. پژوهشگران با استفاده از اپتوژنتیک، سلول‌های عصبی فعال در مرکز حافظه مغز را که هنگام شکل‌گیری این خاطره ترسناک فعال شده بودند، علامت‌گذاری کردند.
چند روز بعد، موش‌ها را به محیط متفاوتی منتقل کردند و همان سلول‌های عصبی را با تاباندن نور دوباره فعال کردند. نتیجه قابل توجه بود: موش‌ها در واکنش به فعال شدن این سلول‌ها بی‌حرکت شدند؛ رفتاری که در موش‌ها نشانه ترس است و نشان می‌داد خاطره مرتبط با شوک دوباره فعال شده است.
در مقابل، موش‌هایی که در ابتدا شوک دریافت نکرده بودند، با تحریک همان سلول‌ها چنین واکنشی نشان ندادند. این یافته نشان داد که تحریک نوری می‌تواند فعالیت گروه مشخصی از سلول‌های عصبی مرتبط با یک خاطره خاص را دوباره فعال کند.
از پژوهش‌های مغزی تا احتمال کاربرد درمانی
اپتوژنتیک توانایی دانشمندان برای بررسی ارتباط میان فعالیت سلول‌های عصبی و رفتار را به شکل چشمگیری افزایش داده است. با این حال، کاربرد این فناوری تنها به پژوهش‌های حیوانی محدود نمانده و دانشمندان در حال بررسی امکان استفاده درمانی از آن در انسان نیز هستند.
یکی از زمینه‌های مورد توجه، بیماری‌های تحلیل‌برنده شبکیه است. در کارآزمایی‌های بالینی اولیه، پژوهشگران در تلاش‌اند پروتئین‌های حساس به نور را به سلول‌های عصبی باقی‌مانده در شبکیه منتقل کنند؛ سلول‌هایی که پس از از بین رفتن سلول‌های گیرنده نور، یعنی سلول‌های میله‌ای و مخروطی، همچنان باقی مانده‌اند.
هدف این رویکرد آن است که سلول‌های باقی‌مانده بتوانند به نور پاسخ دهند و در نتیجه بخشی از توانایی بینایی بازگردد. این تحقیقات هنوز در مراحل اولیه قرار دارند و نباید آن‌ها را به معنای وجود یک درمان قطعی برای نابینایی دانست.
پژوهشگران همچنین در حال بررسی امکان استفاده آینده از اپتوژنتیک برای برخی اختلالات عصبی دیگر، از جمله بیماری پارکینسون و صرع هستند. این کاربردها نیز همچنان در مرحله تحقیقاتی قرار دارند و اثربخشی و ایمنی آن‌ها نیازمند بررسی‌های بیشتر است.
یک پرسش ساده که به فناوری پیچیده‌ای انجامید
داستان اپتوژنتیک نمونه‌ای از این واقعیت است که برخی از مهم‌ترین پیشرفت‌های علمی الزاماً از ابتدا با یک هدف پزشکی یا تجاری آغاز نمی‌شوند. ریشه این فناوری به پرسشی درباره نحوه حرکت جلبک تک‌سلولی Chlamydomonas به سمت نور بازمی‌گردد؛ پرسشی که در نگاه نخست کاربرد مستقیمی برای سلامت انسان نداشت.
دانشمندان با مطالعه سازوکار پاسخ این موجودات به نور، به پروتئین‌های حساس به نور و در ادامه به امکان استفاده از آن‌ها برای کنترل سلول‌های عصبی رسیدند. همین مسیر نشان می‌دهد که پژوهش‌های بنیادی، حتی زمانی که کاربرد فوری و مشخصی ندارند، می‌توانند در بلندمدت به فناوری‌هایی منجر شوند که شیوه مطالعه و حتی درمان بیماری‌ها را تغییر می‌دهند.
اپتوژنتیک امروز نمونه‌ای روشن از همین مسیر است؛ فناوری‌ای که از مطالعه یک پرسش بنیادی درباره رفتار یک جلبک آغاز شد و اکنون به ابزاری مهم برای فهم عملکرد مغز و بررسی درمان‌های احتمالی بیماری‌های عصبی تبدیل شده است.
برای مطالعه تازه‌ترین گزارش‌ها و مطالب علمی و فناوری، به آماج مراجعه کنید.
