کنترل سلول‌های مغز انسان با لیزر
کنترل سلول‌های مغز انسان با لیزر
بهنوش خرم‌روز: نتایج مطالعات جدید از وجود پروتئین‌هایی میکروبی خبر می‌دهند که به رنگ نور لیزر حساس هستند و با آن‌ها می‌توان درست مثل یک لامپ، سلول‌های مغزی را خاموش و روشن کرد.
به گزارش نیوساینتیست، این مطالعه از آخرین پیشرفت‌های علم ژنتیک نوری است که تاکنون کنترل مدارهای مغزی حیوانات در آزمایشگاه را برای پژوهشگران ممکن ساخته است. این دانش می‌تواند برای درمان مشکلاتی چون صرع، پارکینسون و نابینایی مفید باشد.
اما چگونه می‌توان با استفاده از لیزر، مغز را کنترل کرد؟ وقتی اتم‌های باردار یا همان یون‌ها وارد سلول‌های عصبی می‌شوند یا از آن خارج می‌گردند، باعث می‌شوند در غشای آن‌ها پتانسیل الکتریکی خفیفی به وجود بیاید. در سال 2005/ 1384 گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد که در حال دستکاری ژنتیک سلول‌های عصبی بودند، متوجه شدند پروتئین‌های میکروبی حساس به نوری وجود دارند که می‌توانند همین تاثیر را روی سلول عصبی داشته باشند.
به این ترتیب که یک پروتئین جلبکی به نام چنل‌هودوسپین2 (channelrhodospin-2) در نور آبی، باعث فعال شدن سلولی می‌شود که در حالت خنثی قرار دارد. حال آن که پروتئین هالورهودوسپین (halorhodospin) در نور زرد سلول را از فعالیت بازمی‌دارد.
چنل‌هودوسپین به آسانی جواب می‌دهد و اخیرا از آن برای تشخیص یک مدار مغزی استفاده شد که وقتی به راه می‌افتد، باعث ظاهر شدن علائم پارکینسون در فرد می‌شود.
اما هالورهودوسپین به این سادگی‌ها جواب نمی‌دهد . این پروتئین نتوانست به طور کامل مانع از فعالیت سلول‌های مورد نظر شود و بعد از چند بار مواجهه با نور انگار تنبل می‌شود. اد بویون، عصب‌شناسی که به همراه همکارش، کارل دیه‌سوروث روی هر دو پروتئین در دانشگاه استنفورد کار کرده، درباره نتایج حاصل از هالورهودوسپین می‌گوید: « خیلی خوب جواب نمی‌داد و نمی‌توانست کاربرد چندانی داشته باشد.»
اما این‌بار، در این مطالعه جدید، بویون و گروهش در موسسه فناوری ماساچوست توانسته‌اند دو پروتئین حساس به نور جدید کشف نمایند که به خوبی جواب می‌دهد. با این پروتئین‌های جدید، بویون مدعی شده که می‌توانند سلول‌های مغز را به روش دیجیتالی خاموش کنند.
حالا، از طرفی، این پروتئین‌ها به پژوهشگران کمک می‌کنند تا مدارهای مغزی مخصوص به هر رفتاری را کشف نمایند. با استفاده از مهندسی ژنتیک، می‌توان آن‌ها را در مورد سلول‌های خاصی به کار برد، مثلا در مورد سلول‌هایی که نوع خاصی از حافظه را می‌سازند. سپس می‌توان در آزمایشگاه از این پروتئین‌ها استفاده کرد تا مشخص شود که با خاموش کردن این سلول‌های کشف شده، چه تغییری در رفتار حیوانات اتفاق می‌افتد.
علاوه بر این‌ها، یکی از این پروتئین‌های تازه که مک نامیده می‌شود، به جای نور زرد، تحت نور آبی سلول‌های عصبی را از فعالیت بازمی‌دارد. بنابراین، با فرستادن پروتئین مک به یک قسمت مغز و فرستادن پروتئین دیگری که تحت نور زرد سلول‌ها را خاموش می‌کند به قسمت دیگری، می‌توان به طور مستقل دو دسته از سلول‌های عصبی را خاموش کرد که در یک منطقه از مغز واقع شده باشند، مثلا در قسمت پیش‌پیشانی قشر خاکستری مغز.
ساده نیست که پیش‌بینی کنیم از این پروتئین‌ها در انسان‌ها هم استفاده خواهد شد یا نه. با این حال به گفته بویون ممکن است در دهه آینده یک سری مطالعات کلینیکی با استفاده از این پروتئین‌ها صورت بگیرند. شرکتی که بویون در آن کار می‌کند (Eos) می‌خواهد از ژنتیک نوری برای درمان نابینایی استفاده نماید. یک شرکت تازه‌کار دیگر هم وجود دارد که امیدوار است بتواند از این فناوری برای درمان آسیب‌های نخاعی بهره ببرد.
موفقیت همه این دسته تلاش‌ها به این بستگی دارد که با چه میزان دقت و امنیت بتوانند ژن‌ها و نور مورد نظر را به سلول‌های عصبی برسانند، کاری که در حال حاضر اصلا ساده نیست.
با این حال، به گفته بویون، حتی اگر هرگز نتوان مغز آدمی را با لیزر کنترل کرد، استفاده از این روش‌ها روی حشرات، موش‌ها و حتی میمون‌ها به طور قطع باعث پیشرفت‌های درمانی فراوانی می‌شود. در واقع اگر مطالعات ژنتیک نوری می‌تواند مدارهای مغزی را در بیماری‌های عصبی و روان‌پزشکی دستکاری نماید، استفاده از دارو یا فناوری‌های پیشرفته دیگری مانند تحریک عمیق مغز هم می‌تواند این سلول‌ها را هدف قرار دهد. بویون در مورد مطالعاتش می‌گوید: « می‌توان از این وسیله برای رسیدن به اصول واقعی درمان استفاده کرد.»
