adplus-dvertising

يستطيع مستشعر التصوير بالرنين المغناطيسي الجديد تصوير النشاط داخل الدماغ

الكالسيوم هو جزيء إشارات حرجة لمعظم الخلايا ، وهو مهم بشكل خاص في الخلايا العصبية. يمكن أن يكشف تصوير الكالسيوم في خلايا المخ كيف تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض. ومع ذلك ، يمكن تقنيات التصوير الحالية اختراق فقط بضع ملليمترات في الدماغ.

ابتكر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن طريقة جديدة لتصوير نشاط الكالسيوم الذي يعتمد على التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ويسمح لهم بتعمق أكبر في الدماغ. باستخدام هذه التقنية ، يمكنهم تتبع عمليات التشوير داخل الخلايا العصبية للحيوانات الحية ، مما يمكنهم من ربط النشاط العصبي بسلوكيات محددة.

يقول ألان جاسانوف ، أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "تصف هذه الورقة أول كشف مبني على التصوير بالرنين المغناطيسي لاشارات الكالسيوم داخل الخلايا ، وهو ما يماثل بشكل مباشر المقاربات البصرية القوية المستخدمة على نطاق واسع في علم الأعصاب ، لكنه الآن يمكن هذه القياسات من القيام بها في الجسم الحي في الأنسجة العميقة". الهندسة البيولوجية ، والدماغ والعلوم المعرفية ، والعلوم والهندسة النووية ، وعضو مشارك في معهد ماكغوفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

جاسانوف هو المؤلف الرئيسي للورقة ، والذي يظهر في عدد 22 فبراير من اتصالات الطبيعة. كان الباحثان في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهما علي باراندوف وبنيامين بارتيل ، مؤلفي الورقة الرئيسيين. أما كاثرين وليامسون ، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهي خريجة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخراً إميلي لوك ، وأرثر آموس نويز ، أستاذة فخرية في الكيمياء ستيفن ليبارد ، فهي أيضاً مؤلفة للدراسة.

الدخول إلى الخلايا

في حالة الراحة ، الخلايا العصبية لديها مستويات منخفضة جدا من الكالسيوم. ومع ذلك ، عندما يطلقون دفعة كهربائية ، يتدفق الكالسيوم إلى داخل الخلية. على مدى العقود العديدة الماضية ، ابتكر العلماء طرقًا لتصوير هذا النشاط من خلال وضع علامات على الكالسيوم باستخدام جزيئات الفلورسنت. ويمكن القيام بذلك في الخلايا التي تزرع في طبق المختبر ، أو في أدمغة الحيوانات الحية ، ولكن هذا النوع من التصوير المجهري لا يمكن أن يخترق سوى بضعة أعشار من الملليمتر في النسيج ، مما يحد من معظم الدراسات على سطح الدماغ.

يقول جاسانوف: "هناك أشياء مدهشة يجري تنفيذها باستخدام هذه الأدوات ، لكننا أردنا شيئًا من شأنه أن يسمح لأنفسنا وللآخرين بالتفكير بشكل أعمق في الإشارة على مستوى الهاتف الخلوي".

لتحقيق ذلك ، تحول فريق MIT إلى التصوير بالرنين المغناطيسي ، وهي تقنية غير باضعة تعمل على اكتشاف التفاعلات المغنطيسية بين عامل التباين المحقون وجزيئات الماء داخل الخلايا.

كان العديد من العلماء يعملون على أجهزة استشعار الكالسيوم القائمة على التصوير بالرنين المغناطيسي ، ولكن العقبة الرئيسية كانت تطوير عامل تباين يمكن أن يدخل خلايا الدماغ. في العام الماضي ، قام مختبر Jasanoff بتطوير جهاز استشعار MRI يمكنه قياس تراكيز الكالسيوم خارج الخلوية ، ولكن هذه كانت مستندة على جسيمات متناهية الصغر أكبر من أن تدخل الخلايا.

لإنشاء أجهزة استشعار الكالسيوم داخل الخلايا الجديدة ، استخدم الباحثون لبنات البناء التي يمكن أن تمر عبر غشاء الخلية. يحتوي عامل التباين على المنجنيز ، وهو معدن يتفاعل ضعيفًا مع الحقول المغناطيسية ، مرتبطًا بمركب عضوي يمكنه اختراق أغشية الخلية. يحتوي هذا المجمع أيضًا على ذراع ملزمة بالكالسيوم تسمى خالب.

مرة واحدة داخل الخلية ، إذا كانت مستويات الكالسيوم منخفضة ، فإن مخلوط الكالسيوم يرتبط بشكل ضعيف مع ذرة المنغنيز ، يحمي المنغنيز من كشف التصوير بالرنين المغناطيسي. عندما يتدفق الكالسيوم داخل الخلية ، يرتبط الخالب بالكالسيوم ويطلق المنغنيز ، مما يجعل عامل التباين يبدو أكثر إشراقا في صورة التصوير بالرنين المغناطيسي.

"عندما تصبح الخلايا العصبية ، أو خلايا دماغية أخرى تدعى غليا ، تحفز ، فإنها غالباً ما تعاني من زيادة بمقدار عشرة أضعاف في تركيز الكالسيوم. ويستطيع مستشعرنا كشف هذه التغيرات" ، يقول جاسانوف.

قياسات دقيقة

واختبر الباحثون جهاز الاستشعار الخاص بهم في الفئران عن طريق حقنه في المخطط ، وهي منطقة عميقة داخل الدماغ تشارك في تخطيط الحركة وتعلم سلوكيات جديدة. ثم استخدموا أيونات البوتاسيوم لتحفيز النشاط الكهربائي في الخلايا العصبية من المخطط ، وكانوا قادرين على قياس استجابة الكالسيوم في تلك الخلايا.

يأمل Jasanoff في استخدام هذه التقنية لتحديد مجموعات صغيرة من العصبونات التي تشارك في سلوكيات أو أعمال محددة. ولأن هذه الطريقة تقيس الإشارات مباشرة داخل الخلايا ، فيمكنها تقديم معلومات أكثر دقة عن موقع وتوقيت نشاط الخلايا العصبية مقارنة بالرنين المغناطيسي الوظيفي الوظيفي (fMRI) ، الذي يقيس تدفق الدم في الدماغ.

"هذا يمكن أن يكون مفيدا في معرفة كيفية عمل بنى مختلفة في الدماغ معا لمعالجة المنبهات أو تنسيق السلوك" ، كما يقول.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام هذه التقنية لصورة الكالسيوم لأنها تؤدي العديد من الأدوار الأخرى ، مثل تسهيل تنشيط الخلايا المناعية. مع مزيد من التعديل ، يمكن أيضا أن تستخدم يوم واحد لأداء التصوير التشخيصي للدماغ أو غيرها من الأجهزة التي تعتمد على وظائف الكالسيوم ، مثل القلب.

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة ومركز MIT Simons Center for the Social Brain.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.