مستشعرات جديدة للإضاءة الحيوية تسبب إضاءة خلايا الدماغ في الظلام!
أجهزة استشعار حيوية جديدة تجعل خلايا الدماغ الفردية تتوهج في الظلام مثل اليرعات، وهذا المِجَس هو صيغةٌ معدلة وراثياً من لوسيفيراز (الإنزيم الموجود في عددٍ من الأنواع الأخرى بما في ذلك اليراعات، والتي تستخدامها لإنتاج الضوء)، ونتيجةً لذلك؛ تتوهج الخلايا العصبية الفردية مع الضوء نتيجة للإضاءة الحيوية لأجهزة الاستشعار الجديدة المعدلة وراثياً.
ونشرت صحيفة (Nature Communications) في 27 أكتوبر/تشرين الأول؛ نشرت تفاصيل هذا المِجَس، والذي تم تطويره من قبل فريق من العلماء فى جامعة فاندربيلت (Vanderbilt)؛ وقد ابتكر العلماء تقنية جديدة كوسيلة من الوسائل المُحسنة لتتبع التفاعلات داخل الشبكات العصبية الكبيرة في الدماغ.
كارل جونسون ستيفنسون (أستاذ العلوم البيولوجية)، والذي ترأس الجهود؛ يقول:
“اعتمد علماء الأعصاب لفترة طويلة على التقنيات الكهربائية لتسجيل نشاط الخلايا العصبية، و هي جيدة جداً في رصد الخلايا العصبية الفردية، ولكن تقتصر على أعداد صغيرة من الخلايا العصبية؛ الموجة الجديدة هي لاستخدام تقنيات بصرية لتسجيل نشاط المئات من الخلايا العصبية في نفس الوقت”.
و أضاف: “أن معظم الجهود للتسجيل البصري تستخدم الإشعاع، ولكن هذا يتطلب وجود مصدر ضوء خارجي قوي والذي يمكن أن يتسبب في تسخين الأنسجة ويمكن أن يتداخل في بعض العمليات البيولوجية، وخاصة تلك التي هي حساسة للضوء”.
وإعتماداً على بحثهم في الإضاءة الحيوية في كائن صغير مثل الطحلب الأخضر (كلاميدوموناس)، أدرك جونسون وزملاؤه أنه يمكن أن نجمع بين الإضاءة الحيوية وعلم البصريات الوراثي في تقنية بيولوجية جديدة عبر استخدم الضوء للسيطرة على الخلايا، وخاصة الخلايا العصبية، في الأنسجة الحية – ومن الممكن أن يوجِدَ ذلك أداةً قوية جديدة لدراسة نشاط الدماغ.
يقول جونسون : “هناك صراع متأصل بين تقنيات الفلورسنت وعلم البصريات الوراثي “ويضيف: “أن الضوء اللازم لإنتاج الفلورسنت يتعارض مع الضوء اللازم للسيطرة على الخلايا المتلألِئة، و من ناحية أخرى العمل في الظلام!”
وقال جونسون وكل من معاونيه – الأستاذ المساعد دونا ويب ومساعد البحث الدكتور شوكان شي، والأستاذ الدكتور جي يانغ وطالب الدكتوراه ديريك كومبرباتش في العلوم البيولوجية والدكتور داني ويندر و الأستاذ الدكتور صموئيل سينتاني في علم وظائف الأعضاء الجزيئية والفيزياء الحيوية:
أنه تم الحصول على لوسيفيراز المعدل وراثياً من أحد أنواع الجمبري المُضيء؛ بحيث تضيء عندما تتعرض لأيونات الكالسيوم، ثم نُقل الفيروس الذي يصيب الخلايا العصبية و رُبِط مع جزيء الاستشعار الخاص؛ لذلك أٌدخِلّت أجهزة الاستشعار إلى داخل الخلية”.
اختار الباحثون أيونات الكالسيوم لأنها تُشارك في تنشيط الخلايا العصبية؛ وعلى الرغم من أن مستويات الكالسيوم تكون عالية في المنطقة المحيطة بها؛ بينما منخفضة للغاية داخل الخلايا العصبية، ومع ذلك، وبإيجاز؛ فإن إرتفاع مستوى الكالسيوم الداخلي يحدث عندما تستقبل الخلية العصبية نبضة من أحد جيرانها.
واختبر الباحثون مستشعر الكالسيوم الجديد باستخدام واحد من مجسات الضوء الوراثية ويدعى (channelrhodopsin)، وعند استخدام الخلايا العصبية المزروعة التي نمت بصورة طبيعية؛ وجدوا أن إنزيم الإنارة تفاعل بشكل واضح على تدفق الكالسيوم (الذي نتج عن تحفيز المِجَس من قبل ومضات ضوء قصيرة من الضوء المرئي).
ولمعرفة كيفية عمل المستشعرات مع أعداد كبيرة من الخلايا العصبية، قاموا بإدخالها إلى شرائح دماغية لفأر مأخوذة من منطقة الحصين (hippocampus) التي تحتوي على آلاف من الخلايا العصبية.
وعند إغراق هذه الشرائح مع زيادة تركيز أيونات البوتاسيوم، أدى ذلك إلى فتح القنوات الأيونية للخلية. مرة أخرى، وجدوا أن المستشعر استجاب إلى الاختلافات في تراكيز الكالسيوم من خلال الإضاءة والتعتيم.
وقال جونسون: “لقد أظهرنا أن الطريقة تعمل، والآن يجب أن نحدد مدى حساسيتها . ولدينا بعض المؤشرات أنها حساسة بما يكفي للكشف عن انبعاثات الخلايا العصبية الفردية، وينبغي أن نُجري المزيد من الاختبارات لتحديد ما إذا كان لديها بالفعل هذه القدرة”.
المصدر: هنا
رابط المنشور على صفحتنا
.
