به گزارش آماج، پژوهشگران دانشگاه فنی دانمارک (DTU)، دانشگاه کپنهاگ، دانشگاه کالج لندن و چند مرکز پژوهشی دیگر، نوعی ایمپلنت مغزی انعطافپذیر و فوقباریک ساختهاند که میتواند سه کار را بهصورت همزمان انجام دهد: ثبت فعالیت عصبی، تحریک بخشهای مختلف مغز و رساندن مواد دارویی به نقاط مشخص.
این ابزار که mAxialtrode یا «میکروفلوئیدیک اکسیالترود» نام دارد، در آزمایش روی موشها توانست فعالیت الکتریکی بخشهای مختلف مغز را ثبت کند، نور را به نواحی موردنظر برساند و مواد مختلف را در عمقهای متفاوت تزریق کند. نتایج این پژوهش در مجله Advanced Science منتشر شده است.
ایمپلنتی که سه عملکرد را در یک فیبر ترکیب میکند
بسیاری از ابزارهای مورد استفاده در تحقیقات مغزی برای انجام یک عملکرد خاص طراحی شدهاند. mAxialtrode تلاش میکند چند قابلیت را در قالب یک فیبر باریک و انعطافپذیر کنار هم قرار دهد.
این ایمپلنت میتواند فعالیت الکتریکی نورونها را اندازهگیری کند، با استفاده از نور سلولهای عصبی را تحریک کند و از طریق کانالهای بسیار کوچک، مواد مختلف را مستقیماً به نقاط مشخصی از مغز برساند.
پژوهشگران میتوانند از چنین ابزاری برای بررسی نحوه انتقال سیگنالها میان لایهها و نواحی مختلف مغز استفاده کنند؛ موضوعی که در مطالعه فرایندهایی مانند صرع، حافظه و تصمیمگیری اهمیت دارد.
چرا انعطافپذیری ایمپلنت اهمیت دارد؟
بسیاری از ایمپلنتهای مغزی کنونی از مواد سختی مانند سیلیکون ساخته میشوند. این مواد به دلیل تفاوت زیاد در سختی با بافت مغز، در صورت باقی ماندن طولانیمدت در بافت میتوانند باعث تحریک یا واکنشهای التهابی شوند.
mAxialtrode از فیبرهای نوری نرم و شبیه مواد پلیمری ساخته شده است. طراحی نوک فیبر نیز به شکلی انجام شده که سطح مقطع کوچکتری داشته باشد و هنگام ورود به بافت مغز آسیب کمتری ایجاد کند.
پژوهشگر فوقدکتری، کونیانگ سوئی، که این مفهوم را با همکاری کریستوس مارکوس توسعه داده، میگوید ترکیب چند قابلیت در یک ایمپلنت میتواند انجام آزمایشهای دقیقتر را امکانپذیر کند و نیاز به وارد کردن چند ابزار جداگانه به مغز را کاهش دهد.
mAxialtrode چگونه ساخته شده است؟
فرایند ساخت این ایمپلنت با یک میله پلیمری نسبتاً بزرگ آغاز میشود. پژوهشگران این ماده را حرارت میدهند و آن را میکشند تا به فیبری بسیار باریک تبدیل شود؛ فرایندی که امکان ایجاد ساختارهای میکروسکوپی متعدد درون یک فیبر را فراهم میکند.
در مرکز فیبر یک هسته انتقالدهنده نور قرار دارد و در اطراف آن هشت کانال میکروسکوپی تعبیه شده است. این کانالها میتوانند مایعات را منتقل کنند و همچنین محل قرارگیری سیمهای فلزی بسیار باریکی باشند که برای ثبت فعالیت الکتریکی مغز استفاده میشوند.
قطر نهایی فیبر کمتر از نیم میلیمتر است. انعطافپذیری آن نیز به گونهای است که میتواند همراه با حرکت طبیعی بافت مغز حرکت کند، به جای آنکه مانند یک ساختار سخت در برابر حرکت بافت مقاومت کند.
آزمایش موفق روی موشهای زنده
پژوهشگران عملکرد این سیستم را تنها در محیط آزمایشگاهی بررسی نکردند و آن را در مغز موشهای زنده نیز آزمایش کردند. ایمپلنت به منابع نوری، تجهیزات ثبت سیگنال و پمپهای کوچکی برای انتقال مایعات متصل شد.
نتایج نشان داد که دستگاه میتواند با استفاده از نور آبی و قرمز سلولهای عصبی را تحریک کند. همزمان، فعالیت الکتریکی نواحی سطحی و عمیق مغز، از جمله قشر مغز و هیپوکامپ، نیز ثبت شد.
پژوهشگران همچنین توانستند مواد مختلف را در عمقهای جداگانه تزریق کنند. نقاط دارورسانی تقریباً سه میلیمتر از یکدیگر فاصله داشتند و تمام این قابلیتها با استفاده از یک فیبر سبک انجام شد. طبق گزارش پژوهشگران، موشها در طول آزمایش نشانه آشکاری از ناراحتی ناشی از حمل دستگاه نشان ندادند.
کاربرد احتمالی در تحقیقات صرع و بیماریهای عصبی
آزمایشهای حیوانی و ارزیابیهای عصبفیزیولوژیک این فناوری با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه کپنهاگ و دانشگاه کالج لندن انجام شد. بخشی از این همکاری بر بررسی مدارهای عصبی و مدلهای مرتبط با صرع متمرکز بود.
از نظر پژوهشی، امکان ثبت فعالیت عصبی، تحریک و دارورسانی در چند نقطه با یک ابزار واحد میتواند به دانشمندان کمک کند ارتباط میان بخشهای مختلف مغز را با دقت بیشتری بررسی کنند.
در آینده، یکی از کاربردهای احتمالی این فناوری میتواند رساندن دارو به یک ناحیه مشخص از مغز و همزمان تحریک همان ناحیه با نور یا جریان الکتریکی باشد. با این حال، چنین کاربردهایی هنوز در مرحله تحقیقاتی قرار دارند و نمیتوان mAxialtrode را درمانی آماده برای بیماران دانست.
این فناوری هنوز تا استفاده پزشکی فاصله دارد
پژوهشگران تأکید کردهاند که mAxialtrode هنوز برای استفاده معمول در انسان آماده نیست. پیش از ورود چنین فناوریای به درمان، آزمایشهای گستردهتر، توسعه بیشتر، بررسی ایمنی و دریافت مجوزهای قانونی ضروری خواهد بود.
تیم تحقیقاتی اکنون در حال پیگیری ثبت اختراع فناوری این ایمپلنت و بررسی الزامات لازم برای آغاز آزمایشهای بالینی در انسان است. بنابراین نتایج فعلی را باید گامی تحقیقاتی در مسیر توسعه ابزارهای دقیقتر برای مطالعه و در آینده احتمالی، درمان اختلالات عصبی دانست.
برای دنبال کردن تازهترین اخبار علوم اعصاب، فناوریهای پزشکی و دستاوردهای پژوهشی، مطالب آماج را دنبال کنید.
