دانشمندان آمریکایی روش تازه و انقلابی برای مطالعه مغز انسان گسترش داده‌اند

دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا از روشی انقلابی برای مطالعه ساختارهای میکروسکوپی مغز انسان رونمایی کردند. این مطالعه که توسط بنجامین کریکمور در آزمایشگاه‌های یی-وی چانگ و ادوارد لی انجام شد، نوید فهمیدن ما از بیماری‌های گوناگون مغز، از جمله آلزایمر و ام‌اس را می‌دهد.

مطالعه مغز توسط توموگرافی الکترونی

به‌طور سنتی، دانشمندان از میکروسکوپ الکترونی برای کشف و فهمیدن جزئیات پیچیده ساختارهای سلولی در مغز منفعت گیری می‌کنند. با این‌حال، این روش مملو از چالش‌هایی همانند تحول ساختار سلولی به علت افزودن مواد شیمیایی و برش فیزیکی بافت است.

یک رویکرد جانشین، توموگرافی الکترونی کرایو (cryo-ET) است که تصاویر آشکار‌تری را در حالت طبیعی‌تر اراعه می‌دهد. اما نیاز به انجماد دارد، فرآیندی که مستعد راه اندازی کریستال یخ است و می‌تواند آناتومی طبیعی را مختل کند.

اینجاست که کریکمور و تیمش داخل می‌بشود و به نحوه هوشمندانه‌ای از فن‌آوری‌های حاضر روش جدیدی برای مطالعه فراساختار مغز انسان تشکیل می‌کند. آنها با انجماد سریع بافت مغز توسط کالبد شکافی مستقیم روی شبکه‌های اختصاصی که با اتان مایع به دست می‌آمد، چالش‌های حاضر در راه حلهای انجماد سنتی را کنار زدند.

محققان از یک پرتو یونی برای برش‌های نازک و تصویربرداری بدون تکنیک‌های متداول منفعت گیری کردند. کریکمور در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح می‌دهد: «متداول‌ترین راه برای نگه داری بافت در زمان کالبد شکافی این است که آن را در فریزر قرار دهید و سپس از آن منفعت گیری کنید. اما اگر اجازه دهید به آرامی یخ بزند و سپس گرم بشود و مجددا به انجماد برسد، بافت آن را مختل می‌کنید. غشاها می‌شکنند و ساختار عادی را از دست خواهند داد.»

احتمالا شگفت‌انگیزترین جنبه روش آنها توانایی منجمد سریع مثالهای ضخیم‌تر (تا ۲۵۰ میکرون) بدون راه اندازی کریستال‌های یخ باشد که جهشی قابل دقت از محدودیت ۱۰ میکرونی اسبق است. این روش این چنین امکان پردازش سریع تر مثالهای ضخیم را برای تصویربرداری با وضوح بالا فراهم می‌کند و امکان تجزیه و تحلیل طیف گسترده‌تری از مثالها را فراهم می‌کند.

بینش درمورد آلزایمر و ام‌اس

کریکمور و تیمش با منفعت گیری از رویکرد نوآورانه خود، به وضوح بی‌سابقه‌ای در مشاهده ساختارهای دست نخورده درون سلول‌ها و بافت مغز افراد مبتلا به آلزایمر دست یافتند.

این روش تجمع فیبریل‌های تاو را که یکی از نشانه‌های بیماری آلزایمر است، نشان داد و بینش‌هایی را درمورد اجزای سلولی در تلاش برای تجزیه این فیبرها اراعه کرد. علاوه‌بر این محققان، میلین را، که یک پوشش حیاتی در کارکرد عصبی است و در بیماری‌هایی همانند ام‌اس بدتر می‌بشود، مشاهده و اندازه‌گیری کردند.

کریکمور خاطرنشان کرد: «تکنیک‌های تصویربرداری از بافت‌های انسانی در طول تاریخ، وضوح نسبتاً پایینی داشته‌اند. ما می‌خواستیم راهی را اراعه کنیم که بتوانیم بیماری‌های مغزی را در بافت طبیعی آنها مدل‌سازی و مطالعه کنیم.»

کوششهای این تیم اولین نگاه به حالت طبیعی بافت مغز انسان اراعه می‌کند. توانایی مطالعه فراساختار مغز انسان در حالت تقریبا طبیعی آن بدون افت دقت می‌تواند راه‌های جدیدی را برای کشف پیچیدگی‌های بیماری‌های گوناگون مغزی باز کند. این چنین نوید کشف اهداف درمانی تازه و استراتژی‌های درمانی برای شرایطی دارد که زمان‌ها است از فهمیدن جامعه دور مانده‌اند.

این تیم تحقیقات خود را در نشست سالانه انجمن بیوفیزیکی که برای ۱۰ تا ۱۴ فوریه ۲۰۲۴ در فیلادلفیا برنامه‌ریزی شده است، اراعه خواهد کرد.