شنیدن صدای دوپامین در مغز زنده

سئو سی: محققان کره جنوبی با طراحی یک نانوحسگر الکتروشیمیایی پیشرفته، موفق شده اند ترشح دوپامین را از ارگانوئیدهای زنده مغزی به شکل لحظه ای و بدون تخریب نمونه ثبت کنند.

به گزارش سئو سی به نقل از ستاد نانو، دوپامین، ناقل عصبی کلیدی مغز انسان، نقشی بنیادین در حرکت، انگیزه، پاداش و بروز علایم بیماری پارکینسون دارد. این مولکول حیاتی در مغز در غلظت هایی بسیار ناچیز، کمتر از ۱۰ نانومولار، فعالیت می کند؛ یعنی کمتر از ده میلیاردم مول در هر لیتر. همین غلظت فوق العاده پایین، کار دانشمندان را برای بررسی عملکرد حقیقی نورون های تولیدکننده دوپامین دشوار کرده است.
در سالیان اخیر، محققان توانسته اند نورون ها را در ظروف آزمایشگاهی پرورش دهند یا حتی ساختارهای پیچیده تری به نام ارگانوئیدهای مغزی بسازند که شباهت زیادی به بافت حقیقی مغز دارند. اما یک پرسش اساسی همواره بی پاسخ مانده است: آیا این نورون های آزمایشگاهی واقعاً مانند نورون های طبیعی مغز عمل می کنند و دوپامین را در مقادیر معنادار فیزیولوژیک آزاد می کنند یا خیر؟
روش های رایج برای پاسخ به این پرسش، محدودیت های جدی دارند. دانشمندان می توانند سلول ها را برای نشانگرهای پروتئینی رنگ آمیزی کنند یا شکل آنها را زیر میکروسکوپ بررسی نمایند، اما این تکنیک ها فقط ساختار را نشان می دهند، نه عملکرد حقیقی را. از طرف دیگر، روش هایی مانند کروماتوگرافی مایع با کارآمدی بالا و آزمون های ایمنی آنزیمی، باآنکه قادر به اندازه گیری دوپامین هستند، اما مستلزم تخریب سلول ها، مصرف حجم بالای نمونه و صرف چندین ساعت زمان اند. این تکنیک ها امکان پایش لحظه ای فعالیت نورون ها را فراهم نمی کنند.
روش های نوری مبتنی بر کاوشگرهای فلورسنت نیز گزینه دیگری به شمار می روند، اما نیازمند دست کاری ژنتیکی یا برچسب گذاری شیمیایی هستند؛ مداخلاتی که می توانند رفتار طبیعی سلول را تغییر دهند. به همین دلیل، تابحال ابزاری ساده، تکرارپذیر و غیرتخریبی برای سنجش بلوغ عملکردی نورون های مشتق از سلول های بنیادی در دسترس نبود.
در این میان، سنسوری الکتروشیمیایی به عنوان راهکاری امیدبخش مطرح گردیده است. دوپامین ذاتا یک مولکول الکتروفعال است؛ به این معنا که در واکنش های انتقال الکترون شرکت می کند و جریان الکتریکی قابل اندازه گیری تولید می کند. در عین حال، سنسورهای الکتروشیمیایی موجود با دو مشکل اساسی مواجه بودند: نخست، ناتوانی در تشخیص غلظت های بسیار پایین دوپامین در محیط های کشت سلولی و دوم، تداخل مولکول های مشابه و آلودگی سطح الکترود در اثر محصولات واکنش.
اکنون یک پلت فرم الکترودی جدید این موانع را کنار زده است. تیمی از محققان که عموما در دانشگاه سونگ کیون کوان کره جنوبی فعالیت می نمایند، سنسوری به نام «سیدنی» طراحی نموده اند؛ نامی که مخفف عبارت «پلتفرم هوشمند بین سطحی برای سنسوری دوپامین در نورون ها و فیزیولوژی ارگانوئیدها» است. یافته های این مطالعه در نشریه معتبر Advanced Functional Materials با عنوان «هیبریدهای نانوستون طلای سلسله مراتبی پوشیده شده با اکسید گرافن برای سنسوری لحظه ای و غیرتخریبی دوپامین در نورون ها و ارگانوئیدهای میان مغز» انتشار یافته و اولین نمونه از آشکارسازی الکتروشیمیایی لحظه ای دوپامین از ارگانوئیدهای زنده میان مغز را به معرض نمایش گذاشته است.
این نانوحسگر از سه جزء اصلی در مقیاس نانو تشکیل شده است. لایه پایه شامل نانوستون های طلایی عمودی با ارتفاع حدود ۳۰۰ نانومتر است که با روش لیتوگرافی تداخل لیزری ساخته شده اند؛ روشی که بدون نیاز به ماسک، الگوهای یکنواخت را در سطح های بزرگ به وجود می آورد و سطح مؤثر الکترود را به صورت شایان توجهی بالا می برد. بر روی این نانوستون ها، نانوذرات طلایی کوچک تری با قطر حدود ۳۸ نانومتر نشانده شده اند تا انتقال الکترون در واکنش اکسایش دوپامین را تسریع کنند. سرانجام، کل ساختار با لایه ای نازک از اکسید گرافن پوشانده شده است؛ ماده ای دوبعدی با حلقه های کربنی و گروههای عاملی اکسیژن دار.
هر یک از این اجزا نقشی دقیق ایفا می کنند. ساختارهای طلایی ستون فقرات رسانا و نقاط داغ انتقال الکترون را فراهم می کنند. لایه اکسید گرافن، گزینش پذیری سنسور را افزایش می دهد؛ حلقه های آروماتیک آن با برهم کنش موسوم به «پی-پی» مولکول های مزاحم را از سطح طلا دور می کنند، در حالیکه گروههای کربوکسیل با بار منفی، گروه آمینی با بار مثبت دوپامین را جذب کرده و آنرا در موقعیت مناسب برای انتقال الکترون قرار می دهند.
آزمایش ها نشان داد که «سیدنی» در محلول بافر استاندارد قادر به تشخیص دوپامین تا حد ۲۹٫۵ نانومولار است و در مایع مغزی-نخاعی مصنوعی، که محیط یونی مغز را شبیه سازی می کند، این حساسیت به ۷٫۵۱ نانومولار بیشتر می شود. تداخل مولکول هایی مانند سروتونین و نوراپی نفرین نیز بسیار ناچیز بود و کاهش سیگنال تنها ۳٫۳۳ درصد گزارش شد؛ رقمی که در الکترودهای معمولی به ۲۱ تا ۴۷ درصد می رسد.
پژوهشگران کارآمدی این پلت فرم را در سامانه های زیستی پیچیده تر نیز آزمودند؛ از رده های سلولی عصبی گرفته تا نورون های مشتق از سلول های بنیادی انسانی و در نهایت ارگانوئیدهای میان مغز. نتایج نشان داد که تنها نورون های بالغ قادر به آزادسازی دوپامین قابل اندازه گیری هستند و ارگانوئیدهای بالغ ۹۵ روزه، به طور متوسط غلظتی در حدود ۹٫۱۶ نانومولار دوپامین آزاد می کنند.
برتری بزرگ این فناوری در مقایسه با شیوه های متداول، سرعت، دقت و غیرتخریبی بودن آنست. این سامانه در کمتر از یک دقیقه و با حجم نمونه ای در حد میکرولیتر، داده های قابل اعتماد عرضه می کند و نمونه زنده را برای اندازه گیری های بعدی حفظ می نماید. به این ترتیب، امکان پایش رشد و بلوغ عملکردی یک ارگانوئید واحد در طی زمان فراهم می شود؛ قابلیتی که می تواند تحول بزرگی در مدل سازی بیماریها و آزمون داروها ایجاد نماید.

1404/11/09

16:35:13

5.0 / 5

تگهای خبر: الكتریكی , دانشگاه , ساخت , سامانه

این مطلب سئوسی را می پسندید؟

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان در مورد این مطلب

نظر شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۹ بعلاوه ۳