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، درک ما را از بیماری‌های مختلف مغز از جمله آلزایمر و مولتیپل اسکلروزیس(ام‌اس) افزایش می‌دهد.
توموگرافی کرایو الکترونی در مرکز توجه
به گزارش ایسنا، دانشمندان به طور سنتی از میکروسکوپ الکترونی برای کشف و درک جزئیات پیچیده ساختارهای سلولی در مغز استفاده می‌کنند. با این حال، این روش مملو از چالش‌هایی مانند تغییر ساختار سلولی به دلیل افزودن مواد شیمیایی و برش فیزیکی بافت بوده است.
یک رویکرد جایگزین، توموگرافی کرایو الکترونی(cryo-ET) است که تصاویر واضح‌تری را ارائه می‌دهد، اما نیاز به انجماد دارد که فرآیندی است که مستعد تشکیل کریستال یخ است و می‌تواند آناتومی طبیعی را تغییر دهد.
اکنون کریکمور و تیمش به طرز هوشمندانه‌ای فناوری‌های موجود را برای ایجاد یک روش جدید برای مطالعه فراساختار مغز انسان ترکیب کرده‌اند. آنها با انجماد سریع بافت مغز که از کالبد شکافی مستقیماً روی شبکه‌های ویژه با اتان مایع به دست می‌آید، موانع روش انجماد سنتی را کنار زدند.
پژوهشگران از یک پرتوی یونی متمرکز بر پلاسما زنون(FIB) برای ایجاد برش‌های نازک برای تصویربرداری بدون استفاده از تکنیک‌های متداول برش بافت استفاده کردند. متداول‌ترین راه برای حفظ بافت در زمان کالبدشکافی این است که آن را در فریزر قرار دهید و بعد از آن استفاده 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 تغییر می‌شود.
شاید شگفت‌انگیزترین جنبه روش جدید آنها توانایی منجمد کردن سریع نمونه‌های ضخیم‌تر(تا ۲۵۰ میکرون) بدون تشکیل بلورهای یخ باشد که جهشی قابل توجه از محدودیت ۱۰ میکرونی قبلی است.
علاوه بر این، این روش امکان پردازش سریع‌تر نمونه‌های ضخیم را برای تصویربرداری با وضوح بالا فراهم می‌کند و امکان تجزیه و تحلیل طیف وسیع‌تری از نمونه‌ها را فراهم می‌کند.
بینش در مورد آلزایمر و ام‌اس
کریکمور و گروهش با استفاده 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 مورد اجزای سلولی در تلاش برای تجزیه این فیبرها ارائه کرد. پژوهشگران علاوه بر این، میلین را مشاهده و اندازه‌گیری کردند که یک غلاف حیاتی عملکرد عصبی است که در بیماری‌هایی مانند ام‌اس مختل می‌شود.
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 ارائه کنیم که بتوانیم بیماری‌های مغزی را در بافت طبیعی آنها مدل‌سازی و مطالعه کنیم.
تلاش‌های این تیم نگاه جدیدی به وضعیت طبیعی بافت مغز انسان ارائه می‌کند و ارائه اطلاعات منحصر به فردی را نوید می‌دهد که برای تعیین مکانیسم‌های ایجادکننده بیماری در پشت طیف گسترده‌ای از اختلالات مرتبط با مغز ضروری 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 مختلف مغزی باز کند و کشف اهداف درمانی جدید و استراتژی‌های درمانی را برای شرایطی نوید دهد که مدت‌هاست از درک 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، ارائه خواهد کرد.
