نشانگرهای سرمی جدید فعالیت ژنهای مغز را به سرعت و با دقت بالا رصد میکنند
پژوهشگران دانشگاه رایس نشانگرهای سرمی قابل پاک شدن ابداع کردهاند که امکان رصد دقیق و کمتهاجمی فعالیت مغز و پاسخ به درمان را فراهم میکند.
به گزارش سرویس علمی بازتاب امروز، نظارت بر فعالیت ژنها در مغز با جهشی بزرگ روبهرو شده است. مهندسان دانشگاه Rice سامانهای نوین از نشانگرهای سرمی توسعه دادهاند که در جریان خون «قابل پاک شدن» است و به پژوهشگران این امکان را میدهد تا تغییرات ظریف در فعالیت مغز را که پیشتر نادیده گرفته میشد، ثبت کنند. ردیابی نحوه فعال یا غیرفعال شدن ژنها در مغز برای درک اختلالات عصبی حیاتی است، اما ابزارهای سنتی اغلب تهاجمیاند یا تغییرات کوچک را در طول زمان تشخیص نمیدهند.
یکی از گزینههای امیدوارکننده شامل نشانگرهای سرمی مهندسیشده است؛ پروتئینهای کوچکی که توسط سلولهای هدف مغزی تولید شده و وارد جریان خون میشوند و میتوان آنها را با یک آزمایش ساده خون اندازهگیری کرد. این مولکولها، که بهعنوان نشانگرهای آزادشده فعالیت (RMA) شناخته میشوند، حساسیت بالایی دارند اما برای ساعتها در خون باقی میمانند و این موضوع میتواند نوسانات کوتاهمدت را پنهان کند.
پژوهشگران Rice اکنون نسخهای قابل پاک شدن از RMAها طراحی کردهاند که توسط یک آنزیم در جریان خون بهطور انتخابی تجزیه میشود، سیگنال را بازنشانی کرده و امکان خوانش تازه را فراهم میکند. جرزی شابلوسکی، استادیار مهندسی زیستی در Rice و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: «پیشرفت کلیدی این است که یک دیدگاه جدید نسبت به نشانگرهای سرمی ایجاد کردهایم؛ یعنی میتوانیم آنها را در جریان خون وقتی نیاز داریم اصلاح کنیم. این مفهوم گسترده کاربردهای بالقوه بسیاری دارد، از افزایش نیمهعمر نشانگر برای بهبود قابلیت تشخیص گرفته تا پاک کردن آنها برای حذف سیگنال پسزمینه و ارتقای دقت زمانی.»
حتما بخوانید: ساخت اولین بافتهای مغز مصنوعی در آزمایشگاه
بیشتر بخوانید: رابط مغز-کامپیوتر Connexus برای آزمایش انسانی تایید شد
بازنشانی سیگنال و مشاهده تغییرات ظریف
در آزمایشهای حیوانی، یک تزریق آنزیم تجزیهکننده توانست حدود ۹۰٪ از سیگنال پسزمینه نشانگرهای آزادشده فعالیت (RMA) را ظرف ۳۰ دقیقه حذف کند. این بازنشانی امکان مشاهده تغییرات بیان ژن را که پیشتر غیرقابل تشخیص بودند، فراهم ساخت. پژوهشگران همچنین نشان دادند که این فرآیند را میتوان تکرار کرد تا سرعت بازگشت نشانگرها اندازهگیری شود و تصویری پویا از فعالیت ژن در طول زمان ارائه شود.
شیرین نورآیین، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه Rice و نویسنده اول مطالعه، توضیح داد: «با استفاده از این آنزیم، حوزه تولید سیگنال را از حوزهای که طول عمر آن را در خون افزایش میدهد جدا کردیم، بهطوری که سیگنال پسزمینه ظرف چند دقیقه فروکش کرد. وقتی این نشانگرهای سرمی را برای رصد دینامیک بیان ژن در مغز بهکار گرفتیم، افزایش قابل توجهی در تغییرات سیگنال مشاهده شد.»
فراتر از حوزه نورولوژی، نشانگرهای سرمی قابل پاک شدن میتوانند تشخیص پزشکی را متحول کنند. توانایی ویرایش رفتار نشانگرها در بدن فرصتهای جدیدی برای شناسایی تومورها یا بیماریهای ریه از طریق آزمایشهای کمتهاجمی خون یا ادرار فراهم میکند.
برای مطالعه بیشتر: ساخت یک نورون مصنوعی جدید که فعالیت مغز را تقلید می کند
آینده مطالعات مغز با نشانگرهای سرمی
این پروژه بازتابی از تمرکز راهبردی دانشگاه Rice بر تحقیقات مغز است و با ماموریت موسسه تازه تاسیس شده مغز Rice، که به منظور تسریع فناوریهای فهم و درمان اختلالات عصبی راهاندازی شده، همسوست. این تحقیق با حمایت موسسه ملی سلامت (NIH) و بنیاد ملی علوم (NSF) انجام شده است.
ژِرزی شابلوفسکی خاطرنشان کرد: «در حال حاضر نشانگرها معمولا از بدن استخراج و به همان شکل تفسیر میشوند که کاربرد آنها را محدود میکند. این روش جدید به ما امکان مدیریت فعال سیگنال و بهبود وضوح زمانی را میدهد.» با ایجاد نشانگرهای سرمی که در جریان خون قابل پاک شدن و نوسازی هستند، پژوهشگران Rice زمینهای را فراهم میکنند که در آن پزشکان بتوانند فعالیت مغز و پاسخ به درمان را با دقت بیسابقه و از طریق آزمایشهای ساده و کمتهاجمی زیر نظر داشته باشند.
مطالعه کامل در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
