أداة جديدة تنشط الخلايا العصبية العميقة في الدماغ من خلال الجمع بين الموجات فوق الصوتية ودراسة الوراثة والتنوع في الكائنات الحية.
إنه أول عمل يُظهر أنه بهذه الالية يمكن التحكم في السلوك عن طريق تحفيز هدف محدد في أعماق الدماغ
May 28, 2021
Source:
Washington University in St. Louis
الملخص
طور فريق من العلماء تقنية جديدة لتحفيز الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة القادرة على تشغيل وإيقاف أنواع معينة من الخلايا العصبية في الدماغ والتحكم بدقة في النشاط الحركي دون زرع جهاز جراحي.
الملخص:
حققت الاضطرابات العصبية مثل مرض باركنسون والصرع بعض النجاح في العلاج من خلال التحفيز العميق للدماغ ، لكن تلك تتطلب زرع جهاز جراحي.
والان طور فريق متعدد التخصصات في جامعة واشنطن في سانت لويس تقنية جديدة لتحفيز الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة القادرة على تشغيل وإيقاف أنواع معينة من الخلايا العصبية في الدماغ والتحكم بدقة في النشاط الحركي دون زرع جهاز جراحي.
يعد الفريق، بقيادة هونغ تشين، الأستاذ المساعد في الهندسة الطبية الحيوية في كلية ماكلفي للهندسة وعلم الأورام بالإشعاع في كلية الطب، أول فريق يقدم دليلًا مباشرًا يُظهر تنشيط الخلايا العصبية بدون تدخل جراحي والخاصة بنوع الخلية في الدماغ من الثدييات من خلال الجمع بين تأثير التسخين الناجم عن الموجات فوق الصوتية وعلم الوراثة ، والتي أطلقوا عليها اسم sonothermogenetics.
وهو أيضًا أول عمل يُظهر أن الجمع بين الموجات فوق الصوتية والوراثة يمكن أن يتحكم بقوة في السلوك عن طريق تحفيز هدف معين في أعماق الدماغ.
تم نشر نتائج ثلاث سنوات من البحث ، والتي تم تمويلها جزئيًا من قبل مبادرة BRAIN التابعة للمعاهد الوطنية للصحة ، على الإنترنت في Brain Stimulation في 11 مايو 2021.
ضم فريق البحث كبار الخبراء من كلية ماكلفي للهندسة وكلية الطب ، بما في ذلك جيانمين كوي ، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية.جوزيف ب. كولفر ، أستاذ الأشعة والفيزياء والهندسة الطبية الحيوية ؛مارك ج. ميللر ، أستاذ مساعد في الطب في قسم الأمراض المعدية في قسم الطب ؛ومايكل بروتشاس ، الذي كان يعمل سابقًا في جامعة واشنطن ، وهو الآن أستاذ التخدير والصيدلة في جامعة واشنطن.
قالت تشين: "قدم عملنا دليلًا على أن المحفزات الجينية باستخدام الصوت الحراري " Sonothermogenetics تثير استجابات سلوكية في الفئران التي تتحرك بحرية أثناء استهداف موقع عميق في الدماغ".
"ان هذه المنهجية لديها القدرة على تحويل نهجنا لأبحاث علم الأعصاب والكشف عن طرق جديدة لفهم وعلاج اضطرابات الدماغ البشري."
باستخدام نموذج الفأر، قدم تشين والفريق تركيبًا فيروسيًا يحتوي على قنوات أيونية TRPV1 إلى الخلايا العصبية المنتقاة وراثيًا.بعد ذلك ، قاموا بإيصال دفعة صغيرة من الحرارة عبر الموجات فوق الصوتية المركزة منخفضة الكثافة إلى الخلايا العصبية المختارة في الدماغ عبر جهاز يمكن ارتداؤه.
أدت الحرارة ، التي تكون أكثر دفئًا بدرجات قليلة فقط من درجة حرارة الجسم ، إلى تنشيط قناة TRPV1 الأيونية ، والتي تعمل كمفتاح لتشغيل الخلايا العصبية أو إيقاف تشغيلها.
قال ياوهينج يانج ، المؤلف الأول للورقة البحثية وطالب دراسات عليا في الهندسة الطبية الحيوية: "يمكننا تحريك جهاز الموجات فوق الصوتية الذي يتم ارتداؤه على رأس فئران حرة الحركة لاستهداف مواقع مختلفة في الدماغ كله".
"نظرًا لأنها غير جراحية ، فإن هذه التقنية لديها القدرة على توسيع نطاقها لتشمل الحيوانات الكبيرة وربما البشر في المستقبل."
يعتمد العمل على البحث الذي تم إجراؤه في مختبر Cui والذي تم نشره في Scientific Reports في عام 2016. اكتشف Cui وفريقه لأول مرة أن الموجات فوق الصوتية وحدها يمكن أن تؤثر على نشاط القناة الأيونية ويمكن أن تؤدي إلى طرق جديدة وغير جراحية للتحكم في نشاط خلايا معينة..
من خلال عملهم ، وجدوا أن الموجات فوق الصوتية المركزة تعدل التيارات المتدفقة عبر القنوات الأيونية في المتوسط بنسبة تصل إلى 23٪ ، اعتمادًا على كثافة القناة والمحفزات.
بعد هذا العمل ، وجد الباحثون ما يقرب من 10 قنوات أيونية تتمتع بهذه الإمكانية ، ولكن جميعها حساسة للميكانيكا وليست حساسة للحرارة.
يعتمد العمل أيضًا على مفهوم علم البصريات الوراثي ، والجمع بين التعبير المستهدف للقنوات الأيونية الحساسة للضوء والتسليم الدقيق للضوء لتحفيز الخلايا العصبية في أعماق الدماغ. في حين أن علم البصريات الوراثي قد زاد من اكتشاف الدوائر العصبية الجديدة ، إلا أنه محدود في عمق الاختراق بسبب تشتت الضوء ويتطلب غرسًا جراحيًا للألياف الضوئية.
قالت تشين, " إن هذه التقنية المصطلح عليها باسم Sonothermogenetics لديها القدرة على استهداف أي مكان في دماغ الفأر بدقة عالية بمقياس ملليمتر, دون التسبب في أي ضرر للدماغ."
وقالت نواصل والفريق في تحديث وتطوير التقنية والتحقق من صحة النتائج التي توصلنا إليها.
.ترجمة: سالم القحطاني
________________________________________
Story Source:
Materials provided by Washington University in St. Louis. Original written by Beth Miller. Note: Content may be edited for style and length.
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210528150507.htm
