پژوهشگران استرالیایی موفق به رشد سلول‌های مغزی روی یک تراشه نیمه هادی شدند. این پژوهش در نهایت می‌تواند به بیمارانی همچون پارکینسون و آلزایمر کمک کند و موجب شکل‌گیری دوباره مدارهای عصبی پس از آسیب دیدگی شود. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
درک اتصالات مغزی
هر فکر انسان با حرکت سیگنال از یک نورون به طرف نورون‌های دیگر در مغز آغاز می‌شود. با این حال ما تاکنون اطلاعات کمی در مورد چگونگی این ارتباطات داریم. پژوهشگران استرالیایی در تلاش برای تماشای این فرآیند، یک داربست نانوسیمی را بر روی یک تراشه نیمه هادی قرار دادند که که سلول‌های مغزی را قادر می‌سازد، رشد کنند و مدارها را تشکیل دهند. دانشمندان نتیجه این پژوهش را در نشریه Nano Letters چاپ کردند.
Vini Gautam، مهندس بیومتریال در دانشگاه ملی استرالیا و رهبر این پژوهش گفت: ممکن است این داربست‌های عصبی از مغز روی تراشه فاصله داشته باشد. اما راهی را برای دانشمندان فراهم می‌کند تا رشد سلول‌های عصبی را هدایت و اتصالات آنها را مطالعه کنند.
این یک چالش برای دانشمندان است که تلاش می‌کنند مدارهای عصبی را دوباره در آزمایشگاه تولید کنند. نورون‌ها در مغز به هم متصل هستند و با یک روش بسیار منظم ارتباط برقرار می‌کنند. اما در آزمایشگاه، سلول‌ها تمایل به بازسازی تصادفی دارند و از محدودیت‌های تجربی که مداری شبیه چیزی که واقعاً در مغز است ارائه نمی‌دهد، رنج می‌برند.
Gautam می‌گوید: «درک این که چگونه مدارهای عصبی در مغز شکل می‌گیرند یکی از پرسش‌های اساسی در علوم اعصاب است». شکل گیری این ارتباطات اساس این است که ما چگونه اطلاعات را پردازش می‌کنیم و فهم آنها کلیدی برای توسعه درمان اختلالات روانی است.
رشد سلول‌های عصبی
Gautam و همکارانش، Chennupati Jagadish و Vincent Daria قصد داشتند محیطی ایجاد کنند که بتوانند نورون‌ها را رشد دهند، کنترل کنند و اجازه بدهند آنها اتصالات طبیعی و هماهنگ خود را ایجاد کنند. آنها یک داربست نانوسیمی از ایندیم فسفید ساختند. این ماده نیمه هادی در الکترونیک برای کاربردهایی در ابعاد نانو از جمله در ساخت LEDها و سلول‌های خورشیدی شناخته شده است. اما هیچ کس آن را برای ارتباط با سلول‌های مغز استفاده نکرده بود.
پژوهشگران این نانوسیم‌ها را در یک الگوی مشبک مربعی آرایش دادند. آنها حدود ۵۰ سلول عصبی از جوندگان را در هر داربست قرار دادند. سپس داربست را در یک محیط کشت قرار دادند و به تماشای رشد آنها پرداختند.
پس از چند روز، نورون‌ها زائده‌ای به نام عصب شاخه (neuritis) تولید کردند. این ساختارهای طولانی و نازک در مغز از بدنه سلول‌ها منشعب شده و با دیگر نورون‌ها با اتصالاتی به نام سیناپس ارتباط برقرار کردند. بر روی داربست نانوسیمی Gautam، اینطور به نظر می‌رسید که عصب شاخه‌های بیرون آمده از نورون‌ها، که در سراسر شبکه انشعاب پیداکرده بودند، با دیگر سلول‌ها از طریق اتصالات سیناپسی ارتباط برقرار کرده‌اند.
Gautam می‌گوید: «من تجربه بسیاری از مشاهده سلول‌های عصبی دارم که در آن سلول‌های عصبی همیشه به طور تصادفی رشد می‌کردند. زمانی که من از طریق میکروسکوپ به داربست نگاه کردم، بلافاصله متوجه چیزی قابل توجه شدم: عصب شاخه‌های سلول‌ها در خطوط مستقیمی قرار گرفته بودند».
این چیز خوبی است. چرا که به این معنی است که رشد عصب شاخه توسط توپوگرافی داربست هدایت شده است. در همان زمان، سلول‌ها به طور طبیعی متصل شدند و فعالیت‌های ارتباطی بین آنها هماهنگ شد، همانطور که این اتفاق در مغز رخ می‌دهد. روی هم رفته، همه این ویژگی‌ها موجب شد تا این داربست بستر مناسبی برای مطالعه زیست شناسی مدارهای نورونی باشد.
گروه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی رشد را زیر نظر گرفت و بر ارتباط بین نورون‌ها با استفاده از تصویربرداری کلسیم کاربردی نظارت داشت. سلول‌ها بر روی داربستی که با یک لایه نازک از لیزین و لامینین، موادی که به اتصال سلول‌ها کمک می‌کنند، پوشش داده شده بود، بهتر رشد کردند.
Gautam و همکارانش در حال بهینه‌سازی داربست هستند تا نشانه‌های فیزیکی مغز را بهتر تقلید کرده و با استفاده از آن مکانیسم‌های درگیر در شکل گیری مدارهای عصبی را بررسی کنند. وی امیدوار است که پژوهش آنها در نهایت منجر به توسعه یک پروتز مغز شود که می‌تواند به شکل‌گیری دوباره مدارهای عصبی پس از آسیب دیدگی یا بیماری کمک کند.
در مورد اندام‌های روی تراشه بیشتر بخوانید:
>>فناوری اندام روی تراشه جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی
>>کلیه روی تراشه می‌تواند با تشخیص درست دوز دارو جان شما را نجات دهد
>>طراحی جفت روی تراشه روشی نوین برای مطالعه جفت و زایمان زودرس
منبع: spectrum.ieee
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»
