آخرین مطالب

روشن کردن پویایی مغز در زمان واقعی نوروپپتیدها با حسگر زیستی فلورسنت —


در مغز، میلیاردها سلول عصبی به طور هماهنگ عمل می کنند تا عملکردهای اساسی و بالاتر ارگانیسم را هماهنگ کنند. آنها از زبان خاصی برای برقراری ارتباط با یکدیگر استفاده می کنند: مولکول هایی که به عنوان نوروپپتیدها یا انتقال دهنده های عصبی شناخته می شوند. یکی از نمونه های چنین سیستم مولکولی سیگنال دهی اورکسین است. به طور معمول، برانگیختگی، بیداری، انگیزه و اشتها را تنظیم می کند. نقص در آزادسازی یا حس نوروپپتیدهای اورکسین، هم در انسان و هم در حیوانات باعث بیماری به نام نارکولپسی می شود. افراد مبتلا از خواب‌آلودگی شدید در طول روز رنج می‌برند و اغلب حالت‌های کاتاپلکسی را نشان می‌دهند که در آن هوشیار می‌مانند اما قادر به کنترل حرکات بدن نیستند و در نتیجه نوعی فلج ایجاد می‌شود.

روشن کردن عملکرد داخلی مغز موش

توماسو پاتریارچی از موسسه فارماکولوژی و سم شناسی دانشگاه زوریخ (UZH) و تیمش اکنون یک حسگر زیستی رمزگذاری شده ژنتیکی ایجاد کرده اند که خواص فلورسنتی آن به آنها امکان می دهد تا عملکرد اورکسین و مکانیسم های آزادسازی را به صورت زنده و با وضوح بالا در مغز مطالعه کنند. از موش های زنده پاتریارچی می‌گوید: «ارتباط مستقیم بین این سیستم نوروپپتیدی خاص و تغییر چشمگیر آن در عملکرد مغز انسان در نارکولپسی، ما را بر آن داشت تا اورکسین را با جزئیات بیشتری مطالعه کنیم.»

بیوسنسور اورکسین جدید با نام “OxLight1” بر اساس یک پروتئین فلورسنت سبز طراحی شده است که در گیرنده اورکسین انسانی ادغام شده است. پاتریارچی می افزاید: “علامت گذاری گیرنده با پروتئین فلورسنت، آن را در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده می کند. هنگامی که نوروپپتید به گیرنده متصل می شود، آن را روشن می کند.” بنابراین OxLight1 عملاً یک چشم انداز بلادرنگ در مورد ترشح اورکسین در حیوانات زنده مانند موش ارائه می دهد.

روشن کردن جنبه های نامرئی قبلی عملکرد سالم مغز

پاتریارچی می‌گوید: «برای درک اینکه چگونه سیستم‌های نوروپپتید مانند اورکسین برای حفظ عملکرد مغز سالم عمل می‌کنند، باید بتوانیم ابتدا پیام‌های این نوروپپتیدها را مشاهده کرده و سپس تفسیر آنها را یاد بگیریم.» تا به حال، به دلیل کمبود ابزاری که بتواند یک بازخوانی با وضوح مکانی و زمانی بالا ارائه دهد، عملاً غیرممکن بوده است. بنابراین محققان از حسگر زیستی جدید خود برای بررسی رابطه بین فعالیت عصبی و آزادسازی نوروپپتید در حیوانات زنده استفاده کردند که یکی از مهم‌ترین و طولانی‌ترین پرسش‌ها در فیزیولوژی عصبی است که تا کنون مبهم باقی مانده است.

آنها نشان دادند که سطح آزادسازی اورکسین هم با فرکانس و هم با مدت زمان فعال شدن نورون ارتباط دارد. پاتریارچی می‌گوید: «حساسیت و سرعت فوق‌العاده OxLight1 به ما این امکان را می‌دهد که ترشح اورکسین درون‌زا مرتبط با رفتارهای طبیعی مانند دویدن خود به خود یا استرس حاد را ردیابی کنیم. در نتیجه، آن‌ها توانستند در مغز زنده نشان دهند که سیگنال‌های اورکسین می‌توانند به شکل فوران‌های آزادسازی نسبتاً کوتاه‌مدت یا «فازیک» رخ دهند.

بررسی مکانیسم های بیماری عصبی نارکولپسی

سپس این تیم به بررسی پویایی اورکسین ها در انتقال خواب/بیداری پرداختند. با ترکیب تصویربرداری فتومتری از دینامیک اورکسین و ثبت فعالیت های عصبی برای امتیاز دادن به وضعیت خواب حیوانات، محققان برای اولین بار مشاهده کردند که کاهش سریع سطح اورکسین در طول خواب REM موش ها رخ می دهد. کار بیشتر با همکاران Istituto Italiano di Tecnologia در ایتالیا، متخصصان میکروسکوپ دو فوتونی، فرآیند ناشناخته دیگری را نشان داد: نوسانات موضعی اورکسین که در قشر حسی تنی پس از بیدار شدن از بیهوشی رخ می دهد. این کار مشترک اخیر در چارچوب پروژه اخیر اروپایی DEEPER انجام شد.

Tommaso Patriarchi می گوید: «پس از رمزگشایی آزادسازی اورکسین و فعالیت عصبی در مغز سالم، ما اکنون از OxLight1 برای بررسی مکانیسم های بیماری های مغزی مانند نارکولپسی و اعتیاد استفاده می کنیم. این تحقیق اولین نتیجه پروژه ای است که توماسو پاتریارچی برای آن در سال 2020 کمک هزینه شروع ERC دریافت کرد. حسگرهای زیستی که تیم او توسعه داده اند اکنون برای بررسی عملکرد مغز در آزمایشگاه های سراسر جهان استفاده می شود. با ادامه گسترش جعبه ابزار عصبی-فناوری خود، محققان همچنین قصد دارند تا سنجش های غربالگری نسل بعدی را برای توسعه دارو ایجاد کنند.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط دانشگاه زوریخ. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.