دانشمندان دانشگاه «پنسیلوانیا» از روشی انقلابی برای مطالعه ساختارهای میکروسکوپی مغز انسان رونمایی کردند.

به نقل از آی‌ای، این مطالعه که توسط بنجامین کریکمور در آزمایشگاه‌های یی-وی چانگ و ادوارد لی انجام شد، فهمیدن ما را از بیماری‌های گوناگون مغز از جمله آلزایمر و مولتیپل اسکلروزیس(ام‌اس) افزایش می‌دهد.

توموگرافی کرایو الکترونی در مرکز دقت

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

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

اکنون کریکمور و تیمش به نحوه هوشمندانه‌ای فناوری‌های حاضر را برای تشکیل یک روش تازه برای مطالعه فراساختار مغز انسان ترکیب کرده‌اند. آنها با انجماد سریع بافت مغز که از کالبد شکافی مستقیماً روی شبکه‌های اختصاصی با اتان مایع به دست می‌آید، مانع ها روش انجماد سنتی را کنار زدند.

پژوهشگران از یک پرتوی یونی متمرکز بر پلاسما زنون(FIB) برای تشکیل برش‌های نازک برای تصویربرداری بدون منفعت گیری از تکنیک‌های متداول برش بافت منفعت گیری کردند. متداول‌ترین راه برای نگه داری بافت در زمان کالبدشکافی این است که آن را در فریزر قرار دهید و سپس از آن منفعت گیری کنید. اما به آرامی یخ زدن و سپس گرم کردن آن و سپس انجماد مجدد بافت، آن را مختل می‌کند، چرا که غشاهای آن می‌شکنند و ساختار عادی آن دستخوش تحول می‌بشود.

احتمالا شگفت‌انگیزترین جنبه روش تازه آنها توانایی منجمد کردن سریع مثالهای ضخیم‌تر(تا ۲۵۰ میکرون) بدون راه اندازی بلورهای یخ باشد که جهشی قابل دقت از محدودیت ۱۰ میکرونی قبلی است.

علاوه بر این، این روش 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 در رابطه آلزایمر و ام‌اس

کریکمور و گروهش 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 فیبریل‌های تائو را که یکی از نشانه‌های بیماری آلزایمر است، نشان داد و بینش‌هایی را در رابطه اجزای سلولی در تلاش برای تجزیه این فیبرها اراعه کرد. پژوهشگران علاوه بر این، میلین را مشاهده و اندازه‌گیری کردند که یک غلاف حیاتی کارکرد عصبی است که در بیماری‌هایی همانند ام‌اس مختل می‌بشود.

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

کوششهای این تیم نگاه جدیدی به حالت طبیعی بافت مغز انسان اراعه می‌کند و اراعه اطلاعات منحصر به‌ فردی را نوید می‌دهد که برای تعیین مکانیسم‌های ایجادکننده بیماری در پشت طیف گسترده‌ای از اختلالات مرتبط با مغز الزامی است.

توانایی مطالعه فراساختار مغز انسان در حالت تقریبا طبیعی آن بدون به خطر انداختن دقت می‌تواند به طور بالقوه راه‌های جدیدی را برای کشف پیچیدگی‌های بیماری‌های گوناگون مغزی باز کند و کشف اهداف درمانی تازه و استراتژی‌های درمانی را برای شرایطی نوید دهد که زمان‌ها است از فهمیدن جامع دور مانده‌اند.

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