برچسب: سلامت

محققان دانشگاه پنسیلوانیا از هوش مصنوعی برای یافتن میکروب‌ هایی که میلیاردها سال روی زمین وجود داشته‌اند، استفاده کرده‌اند که منجر به کشفی پیشگامانه شده است.

این میکروارگانیسم‌ها آرکیا (Archaea) نامیده می‌شوند و نشانه‌هایی از وجود آنتی‌بیوتیک‌هایی که می‌توانند جان انسان‌ها را نجات دهند، در آنها دیده شده است. محققان از هوش مصنوعی برای کشف ترکیبات جدید در آرکیا استفاده کردند که می‌تواند منجر به ایجاد آنتی‌بیوتیک‌های نسل بعدی شود.

سزار د لا فوئنته، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت که تلاش‌های قبلی برای یافتن آنتی‌بیوتیک‌های جدید عمدتاً بر قارچ‌ها، باکتری‌ها و حیوانات متمرکز بوده است و بر اهمیت این جهت جدید برای مطالعه اشکال حیات باستانی تأکید می‌کند.

بررسی میکروب‌ ها برای آنتی‌بیوتیک‌ها

در گذشته، آزمایشگاه د لا فوئنته از مدل‌های هوش مصنوعی برای شناسایی آنتی‌بیوتیک‌ها در منابع مختلف، از DNA موجودات منقرض شده گرفته تا مواد شیمیایی موجود در زهر حیوانات، استفاده کرده است.

میکروب‌ ها، به ویژه آرکیا، با باکتری‌ها، گیاهان، حیوانات و قارچ‌ها متفاوت هستند. اگرچه وقتی زیر میکروسکوپ مشاهده می‌شوند، شبیه باکتری‌ها هستند، آرکیا از نظر بیوشیمی، غشای سلولی و ژنتیک کلی متفاوت است.

این تضادها به آنها اجازه می‌دهد تا در بعیدترین مکان‌ها و شرایط، مانند دریچه‌های زیر دریا بسیار گرم، چشمه‌های آب گرم سوزان و سایر شرایط سخت، وجود داشته باشند. آنها به راحتی می‌توانند در فشارهای خردکننده، مواد شیمیایی سمی و دماهای شدید زنده بمانند.

مارسلو تورس، همکار تحقیقاتی در آزمایشگاه د لا فوئنته و نویسنده اول مشترک مقاله، گفت: “ما به آرکی‌ها جذب شدیم زیرا آنها مجبور بودند دفاع بیوشیمیایی را در محیط‌های غیرمعمول تکامل دهند.”

• با خون جوان و تازه می توان از پیری پوست جلوگیری کرد

هوش مصنوعی چگونه کمک کرد؟

محققان از یک ابزار هوش مصنوعی به نام APEX که توسط آزمایشگاه د لا فوئنته توسعه داده شده است، برای شناسایی کاندیداهای آنتی‌بیوتیک در زیست‌شناسی باستانی استفاده کردند.

APEX هزاران پپتید (زنجیره‌های کوتاه اسیدهای آمینه) را با خواص ضد میکروبی شناخته شده تجزیه و تحلیل کرده است. از این رو، می‌تواند احتمال اینکه چگونه یک توالی معین از اسیدهای آمینه احتمالاً اثرات مشابهی خواهد داشت را پیش‌بینی کند.

محققان با آموزش مجدد APEX 1.1 روی هزاران پپتید اضافی و داده‌های مربوط به باکتری‌های مسئول بیماری‌های انسان، توانایی این ابزار را برای پیش‌بینی اینکه کدام پپتیدها در آرکی‌ها می‌توانند رشد باکتری‌ها را مسدود کنند، افزایش دادند.

وقتی آنها ۲۳۳ گونه از آرکیا را اسکن کردند، این ابزار بیش از ۱۲۰۰۰ کاندیدای بالقوه آنتی‌بیوتیک را شناسایی کرد. این تیم این مولکول‌ها را «آرکیاآزین» نامیدند.

تجزیه و تحلیل شیمیایی نشان داد که آرکیاآزین‌ها با پپتیدهای ضدمیکروب‌ ی شناخته‌شده (AMP) متفاوت هستند، به‌ویژه در توزیع بارهای الکتریکی آنها. در مرحله بعدی، محققان ۹۰ آرکیاآزین را برای آزمایش علیه باکتری‌های طبیعی انتخاب کردند.

فنگپین وان، یکی دیگر از نویسندگان مشترک این مطالعه، گفت: “تلاش برای یافتن آنتی‌بیوتیک‌های جدید، هر مولکول، مانند جستجوی سوزن در انبار کاه است. هوش مصنوعی با شناسایی محل احتمالی سوزن‌ها، روند کار را سرعت می‌بخشد.”

چگونه آرکیاآزین‌ها با باکتری‌های مقاوم به دارو مبارزه می‌کنند

آرکیاآزین‌ها به دفاع داخلی یک باکتری حمله می‌کنند و سیگنال‌های الکتریکی را که سلول را زنده نگه می‌دارند، مختل می‌کنند. این در تضاد با سایر AMPهای شناخته‌شده‌ای است که به دفاع خارجی باکتری حمله می‌کنند.

در مرحله اولیه، ۸۰ آرکی‌آزین علیه یک باکتری بیماری‌زا و مقاوم به دارو آزمایش شدند. ۹۳٪ از آنها فعالیت ضدمیکروبی علیه حداقل یک باکتری داشتند و ۳ مورد از آنها برای آزمایش بیشتر در مدل‌های حیوانی انتخاب شدند.

چهار روز پس از شروع آزمایش، همه آرکی‌آزین‌ها رشد باکتری مقاوم به دارویی را که اغلب در بیمارستان‌ها به آن مبتلا می‌شوند، متوقف کردند. یکی از سه مورد انتخاب شده، مانند پلی‌میکسین B، یک آنتی‌بیوتیک قدرتمند «آخرین چاره» که در صورت عدم موفقیت سایر داروها استفاده می‌شود، کار کرد.

برنامه‌هایی برای آینده

محققان در حال برنامه‌ریزی برای بهبود قابلیت‌های APEX برای پیش‌بینی کاندیداهای آنتی‌بیوتیک بر اساس ساختار آنها هستند. آنها همچنین امیدوارند تأثیر بلندمدت آرکی‌آزین‌ها را درک کنند، با این چشم‌انداز که آنها را به آزمایش‌های بالینی انسانی بیاورند.

د لا فوئنته گفت: “این تنها آغاز است. آرکی‌آ یکی از قدیمی‌ترین اشکال حیات است و چیزهای زیادی برای آموختن در مورد غلبه بر پاتوژن‌هایی که امروزه با آنها روبرو هستیم، دارد.”

ژنوم انسان حدود سه میلیارد جفت باز را در هر سلول جای می‌دهد. اگرچه ابزارهایی مانند کریسپر، ویرایش ژن‌های منفرد و بازهای اسید نوکلئیک منفرد را متحول کرده‌اند، اما محققان دریافته‌اند که تغییر دقیق بخش‌های بزرگ‌تر دی ان ای شامل هزاران یا میلیون‌ها باز، بسیار دشوار است.

اکنون، تیمی از دانشمندان چینی به رهبری گائو کایشیا، محقق اصلی موسسه ژنتیک و زیست‌شناسی تکاملی آکادمی علوم چین، با ایجاد ابزاری که می‌تواند میلیون‌ها جفت باز دی ان ای (واحدهای بنیادی کد حیات) را به طور دقیق دستکاری کند، بر یک چالش چند دهه‌ای در مهندسی ژنتیک غلبه کرده‌اند.

پروفسور یین هائو، متخصص ویرایش ژن در موسسه تحقیقات پزشکی دانشگاه ووهان، که بخشی از این تحقیق نبود، این پیشرفت را پیشرفتی بسیار مهم توصیف کرده است. او در گفتگو با روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست (SCMP) افزود که این توسعه می‌تواند زمینه‌ساز پیشرفت‌های تحول‌آفرین در زیست‌پزشکی و کشاورزی باشد.

جهش بزرگ در ویرایش ژنوم گیاهان با سیستم‌های PCE

دانشمندان به عنوان بخشی از مطالعه خود، یک روش ویرایش ژن ده ساله را بهبود بخشیدند و استفاده از آن را بسیار آسان‌تر و به طور قابل توجهی کارآمدتر کردند. این مقاله که در مجله معتبر Cell منتشر شده است، توضیح می‌دهد که چگونه سیستم‌های جدید مهندسی کروموزوم قابل برنامه‌ریزی (PCE) می‌توانند قطعات بزرگ دی ان ای ، شامل میلیون‌ها باز، را در موجودات عالی‌تر، به ویژه گیاهان، به طور دقیق اصلاح کنند.

این پیشرفت می‌تواند تحقیقات در زمینه‌های با رشد سریع مانند کشت بذر کشاورزی و زیست‌شناسی مصنوعی را تغییر شکل دهد. شعبه پکن آکادمی علوم چین اظهار داشت که با امکان دستکاری تنوع ساختاری ژنومی، این فناوری راه‌های جدیدی را برای بهبود صفات محصولات زراعی و درمان بیماری‌های ژنتیکی باز خواهد کرد. SCMP گزارش داد که این فناوری همچنین ممکن است پیشرفت به سمت کروموزوم‌های مصنوعی را که پتانسیل گسترده‌ای برای کاربردهای نسل بعدی در زیست‌شناسی مصنوعی دارند، سرعت بخشد.

پروفسور یین توضیح داد که این سفر با Cre-Lox، یک آنزیم کلیدی در زیست‌پزشکی که به طور گسترده برای درج، معکوس کردن یا جایگزینی بخش‌های بزرگ دی ان ای و انجام سایر ویرایش‌های ژنتیکی استفاده می‌شود، آغاز شد. با این حال، از زمان کشف آن در دهه 1980، محدودیت‌های Cre-Lox محققان را دلسرد کرده است. با افزایش اندازه قطعه دی ان ای مورد نظر، کارایی آن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و آنزیم اغلب “زخم‌هایی” از خود به جا می‌گذارد که کار ژنتیکی بیشتر را پیچیده می‌کند.

• دانشمندان پلاستیک‌های خود ترمیم شونده ساختند که از فولاد هم قوی‌تر اند

پیشرفت‌ها در ویرایش ژنوم نویدبخش تغییرات دائمی‌تر دی ان ای است

این دانشمند ساکن ووهان خاطرنشان کرد که از آنجا که توالی‌های دی ان ای ویرایش‌شده قابل معکوس شدن هستند، این تغییرات اغلب علی‌رغم تلاش‌های گسترده برای دستیابی به اصلاحات ژنتیکی خاص، موقتی هستند.

این جایی است که گائو و تیمش وارد عمل شدند. آنها با تمرکز بر فناوری‌های ویرایش ژنوم، به‌ویژه در کشاورزی، استراتژی‌های ویرایش را برای غلبه بر این چالش‌ها، مجدداً طراحی و بهینه‌سازی کردند و در نتیجه روش‌های جدیدی ایجاد کردند که به‌طور قابل‌توجهی این حوزه را پیش می‌برد. این تکنیک جدید PCE، دستکاری دقیق قطعات دی ان ای را با کارایی بیش از ۳.۵ برابر ویرایشگر آنزیم اصلی ارائه می‌دهد، در حالی که جای زخم را از بین می‌برد و خطر معکوس شدن را به حداقل می‌رساند.

در حالی که دانشمندان پیش از این برای یافتن تنها یک دانه با ویژگی‌های مورد نظر، نیاز به ویرایش ۱۰۰۰ دانه داشتند، این ابزار پیشرفته اکنون این تعداد را به تنها ۱۰۰ دانه کاهش می‌دهد و حجم کار محققان را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. علاوه بر این، انتظار می‌رود که سیستم‌های PCE در نهایت جایگزین سیستم‌های موجود Cre-Lox در آزمایشگاه‌های سراسر جهان شوند و کارایی بیشتری را هم در تحقیقات پزشکی و هم در مهندسی کشاورزی به ارمغان بیاورند.

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که افسانه مربوط به خون جوان ممکن است در واقع درست باشد: خون جوان، به ویژه مشتق شده از سلول‌های مغز استخوان، می‌تواند پوست پیر را جوان کند.

این تحقیق نشان می‌دهد که خون جوان ممکن است حاوی اجزای ضروری مورد نیاز برای انقلابی در درمان‌های ضد پیری باشد. با این حال، توجه به این نکته ضروری است که وجود سلول‌های مغز استخوان برای دستیابی به این نتایج مطلوب بسیار مهم است.

این تحقیق که توسط شرکت مراقبت از پوست Beiersdorf AG، که به خاطر برندهایی مانند NIVEA و Eucerin شناخته می‌شود، انجام شده است، به دنبال پر کردن شکاف بین یافته‌های مطالعات قبلی پارابیوز هتروکرونیک و تقاضای روزافزون برای راه‌حل‌های ضد پیری است.

این مطالعه بیان می‌کند که پارابیوز هتروکرونیک به یک عمل جراحی اشاره دارد که یک حیوان پیر و جوان را از طریق سیستم گردش خون به هم متصل می‌کند. موش‌های پیری که در معرض گردش خون نوجوانان قرار گرفتند، نشانه‌هایی از جوان شدن بافت را نشان دادند.

با این حال، به گفته نویسندگان این مطالعه، مکانیسم‌های اساسی این پدیده هنوز ناشناخته است. بینش‌های به دست آمده از تحقیقات قبلی هنوز به دانشمندان اجازه نداده است که این یافته‌ها را با موفقیت بر روی انسان اعمال کنند – تاکنون.

پتانسیل این تحقیق می‌تواند فراتر از یک تحقیق پیشگامانه باشد. زیرا پیش‌بینی می‌شود که ضد پیری تا سال ۲۰۳۲ به طور قابل توجهی به یک صنعت ۳۸۱.۲ میلیارد دلاری تبدیل شود.

عصر جدیدی از ضد پیری؟

در این مطالعه، تیمی از شرکت Beiersdorf AG توضیح داد که آنها پوست انسان را «از طریق عوامل سیستمیک با استفاده از یک سیستم میکروفیزیولوژیکی [MPS] شامل یک مدل سه‌بعدی پوست و یک مدل سه‌بعدی مغز استخوان» جوان‌سازی کرده‌اند.

نویسندگان این مطالعه ادامه دادند: MPS که «همچنین به عنوان پلتفرم‌های اندام روی تراشه شناخته می‌شود، روشی نوآورانه برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی انسان ارائه می‌دهد». آنها از آن برای ترجمه آزمایش‌های پارابیوز هتروکرونیک به یک سیستم کشت سلولی آزمایشگاهی استفاده کردند تا دو جنبه از این تحقیق را بررسی کنند: پیری پوست انسان و جوان‌سازی.

این سیستم شامل دو ارگانوئید انسانی سه‌بعدی بود: یک مدل پوست با ضخامت کامل و یک مدل مغز استخوان، از جمله سلول‌های بنیادی که سلول‌های خونی را می‌سازند. آنها با هدف درک مکانیسم‌های مولکولی پشت پیری، سرم خون افراد جوان (زیر 30 سال) و مسن (بالای 60 سال) را در این سیستم به گردش درآوردند تا اثر آن را مشاهده کنند.

• اولین میکروسکوپ صوتی جهان، ۵ برابر عمیق‌تر مغز را می‌بیند

آنها با موفقیت اثر ضد پیری را که محققان در مطالعات حیوانی ممکن دیده بودند، بازتولید کردند. نویسندگان خاطرنشان کردند: “جالب اینجاست که این اثر فقط در حضور سلول‌های مشتق از مغز استخوان قابل مشاهده بود.”

این تحقیق توضیح داد که «سرم جوان، سلول‌های مغز استخوان را به ترشح عوامل جوان‌کننده تحریک می‌کند.»

آنها با استفاده از مدل مغز استخوان، ۵۵ پروتئین جوان‌کننده سیستمیک بالقوه تولید شده توسط سلول‌های مشتق از مغز استخوان را شناسایی کردند. هفت مورد از این پروتئین‌ها به محققان اجازه داد تا اثر جوان‌کننده‌ای بر سلول‌های پوست انسان ایجاد کنند.

آنها «افزایش تکثیر سلولی، کاهش سن بیولوژیکی و بهبود عملکرد میتوکندری (تولید انرژی) در سلول‌های مغز استخوان» را مشاهده کردند.

محصولات مراقبت از پوست جدید با خون جوان و تازه؟

این یک داستان باستانی است: خون می‌تواند به عنوان ماده‌ای که در رگ‌های انسان جریان دارد، زندگی را احیا کند. داستان‌هایی در مورد خون‌آشام‌هایی که خون جوان را برای حفظ درخشش جوانی خود می‌نوشند و تمدن‌های باستانی که خون را با داشتن قدرت‌های ویژه مرتبط می‌دانند، مدت‌هاست که در گردش است.

حتی پلاسمای غنی از پلاکت یا PRP، یک تکنیک آرایشی مدرن برای استفاده از خون بیمار برای تحریک کلاژن و تجدید سلول، نشان می‌دهد که خون ممکن است پیشرفت چشمگیری در ضد پیری داشته باشد. تحقیقات بیشتر ضروری است، اما تحقیقات Beiersdorf AG به پتانسیل وجود دسته جدیدی از مواد تشکیل دهنده در محصولات ضد پیری موضعی اشاره دارد: پروتئین‌های مغز استخوان جوان.

ما شاهد پیشرفت‌های اخیر در روش ویرایش ژن کریسپر (CRISPR)، از افزایش دقت گرفته تا تکنیک‌های جدید برای مسدود کردن این فرآیند، بوده‌ایم. اما با وجود همه این نوآوری‌ها، این تکنیک عموماً فقط قادر به اصلاح یک ژن واحد در یک زمان است. یک پیشرفت جدید و باورنکردنی از دانشمندان ETH زوریخ، برای اولین بار، یک روش جدید CRISPR را نشان داده است که می‌تواند ده‌ها ژن را به طور همزمان اصلاح کند و امکان برنامه‌ریزی مجدد سلولی در مقیاس بزرگتر را فراهم کند.

در مقاله‌ای که اخیراً در مجله Nature Methods منتشر شده است، تیمی از دانشمندان ETH نشان دادند که فرآیند ویرایش ژن جدید آنها می‌تواند 25 جایگاه هدف مختلف را به طور همزمان اصلاح کند. دانشمندان می‌گویند که این تکنیک جدید لزوماً به 25 هدف محدود نمی‌شود، بلکه از نظر تئوری می‌تواند به صدها اصلاح ژن همزمان افزایش یابد.

راندال پلات، از ETH زوریخ در بازل، می‌گوید: “به لطف این ابزار جدید، ما و سایر دانشمندان اکنون می‌توانیم به چیزی دست یابیم که در گذشته فقط می‌توانستیم رویای انجام آن را داشته باشیم. روش ما برای اولین بار ما را قادر می‌سازد تا به طور سیستماتیک کل شبکه‌های ژنی را در یک مرحله اصلاح کنیم.”

چالش‌های گذشته

تا همین چند سال پیش، کریسپر بیشتر برای هدف‌گیری یک ژن خاص در هر بار ویرایش به‌کار می‌رفت. اگرچه این رویکرد برای بسیاری از پژوهش‌ها کافی بود، اما در مواردی مثل بیماری‌های چندژنی (مانند برخی سرطان‌ها یا اختلالات متابولیک)، یا اصلاح صفات پیچیده در گیاهان و حیوانات، کافی نبود. نیاز به ابزاری بود که بتواند چندین ژن را همزمان دستکاری کند تا اثرات شبکه‌ای و چندلایه‌ی ژنتیک آشکار شود.

تکنیک جدید

این تکنیک به جای استفاده از آنزیم سنتی Cas9 که در اکثر کارهای کریسپر استفاده می‌شود، از آنزیم کمتر شناخته‌شده Cas12a استفاده می‌کند. تحقیقات قبلی نشان داده است که آنزیم Cas12a در توانایی شناسایی ژن‌های هدف کمی دقیق‌تر است، با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که Cas12a همچنین می‌تواند مولکول‌های آدرس RNA کوتاه‌تر را در مقایسه با Cas9 مدیریت کند.

تکنیک کلی CRISPR-Cas با استفاده از یک توالی RNA از پیش طراحی‌شده، به نام RNA راهنما، هدف خود را در یک توالی DNA قرار می‌دهد. این مولکول RNA مانند یک برچسب آدرس عمل می‌کند. این تکنیک جدید شامل طراحی یک پلاسمید جدید یا مولکول DNA حلقوی است که می‌تواند تعدادی از برچسب‌های آدرس RNA مختلف را در خود جای دهد. یکی از نقاط قوت آنزیم Cas12a توانایی آن در خواندن مؤثر توالی‌های آدرس RNA کوتاه‌تر است.

پلات توضیح می‌دهد: “هرچه این توالی‌های آدرس‌دهی کوتاه‌تر باشند، می‌توانیم تعداد بیشتری از آنها را در یک پلاسمید جای دهیم.”

ژن‌ها به روش‌های فوق‌العاده پیچیده‌ای با یکدیگر تعامل دارند. بنابراین، اگرچه ویرایش تک ژنی می‌تواند زمانی مفید باشد که بدانیم یک بیماری خاص تنها توسط یک ژن ایجاد می‌شود، اما واقعیت نهفته در بسیاری از اختلالات بسیار پیچیده‌تر است. این تکنیک نوآورانه جدید اکنون به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا با تأثیرگذاری بر تعدادی از ژن‌ها در یک مرحله، تعاملات ژنتیکی گسترده‌ای را بررسی کنند.

• کشف پروتئینی که میتواند سلول های مغز را روشن یا خاموش کند

کاربردها

پزشکی:

• درمان بیماری‌های چندژنی مثل دیابت نوع ۲ یا برخی اختلالات عصبی.
• طراحی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده برای بیماران با جهش‌های متنوع.
• تقویت ایمنی سلول‌های CAR-T برای مقابله‌ی همزمان با چندین مکانیسم دفاعی سرطان.

کشاورزی:

• اصلاح چندین ژن برای بهبود مقاومت گیاهان در برابر خشکی، آفات و تغییرات آب‌وهوایی.
• افزایش بازده و ارزش غذایی محصولات با دستکاری شبکه‌های متابولیکی.

تحقیقات بنیادی:

• بررسی تعامل ژن‌ها و مسیرهای مولکولی پیچیده.
• مدل‌سازی دقیق‌تر بیماری‌ها در سلول‌ها و حیوانات آزمایشگاهی.

چالش‌ها و نگرانی‌ها

با وجود این پیشرفت چشمگیر، چالش‌هایی همچنان باقی است:

• خطای خارج از هدف (off-target effects) که می‌تواند باعث تغییرات ناخواسته شود.
• مسائل اخلاقی، به‌ویژه در کاربردهای انسانی و اصلاح ژنوم جنینی.
• محدودیت در انتقال مولکول‌های بزرگ به سلول‌ها به‌صورت ایمن و کارآمد.

جمع‌بندی

امکان ویرایش همزمان چندین ژن با متد کریسپر نقطه‌ی عطفی در زیست‌فناوری به شمار می‌آید. این پیشرفت نه تنها دریچه‌ای تازه به سوی درمان بیماری‌های پیچیده باز کرده، بلکه آینده‌ی کشاورزی و پژوهش‌های زیست‌پزشکی را نیز متحول می‌کند. با این حال، بهره‌برداری از این فناوری نیازمند دقت، نظارت اخلاقی و توسعه‌ی ابزارهای ایمن‌تر است.

محققان دسته‌ای از پروتئین‌های حساس به نور را کشف کرده‌اند که منحصراً در میکروب‌های سازگار با محیط‌های سرد یافت می‌شوند. به باور آنها، این پروتئین‌ها پتانسیل ایجاد انقلابی در مهندسی سلولی را دارند.

طبق گزارش‌ها، این گروه نادر و مبهم از پروتئین‌های آبی که به عنوان کریورودوپسین شناخته می‌شوند، برخلاف هر چیزی بود که محققان آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اروپا (EMBL) قبلاً دیده بودند.

دکتر کریل کووالف، زیست‌شناس ساختاری در گروه اشنایدر EMBL هامبورگ و گروه بیتمن EMBL-EBI، که سال‌ها صرف مطالعه رودوپسین‌ها (رنگدانه‌های حساس به نوری که نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند) کرده است، معتقد است که کریورودوپسین‌ها می‌توانند به عنوان نمونه‌های اولیه برای کلیدهای روشن و خاموش مولکولی در سلول‌ها عمل کنند.

کووالف گفت: “در کارم، من به دنبال رودوپسین‌های غیرمعمول می‌گردم و سعی می‌کنم بفهمم که آنها چه کاری انجام می‌دهند.” او افزود که فکر می‌کرد رودوپسین‌ها را قبل از کشف از زیر و بم می‌شناسد. “چنین مولکول‌هایی می‌توانند عملکردهای کشف نشده‌ای داشته باشند که می‌توانیم از آنها بهره‌مند شویم.”

کاملاً غیرمنتظره

کووالف به‌طور اتفاقی هنگام مرور پایگاه‌های داده پروتئین آنلاین کشف شد. او وقتی ویژگی غیرمعمولی را که رودوپسین‌های میکروبی فقط در محیط‌های بسیار سرد مانند یخچال‌های طبیعی و مناطق کوهستانی مرتفع یافت می‌شوند، مشاهده کرد، مبهوت شد.

با تأمل بر این واقعیت که رودوپسین‌ها معمولاً در دریاها و دریاچه‌ها یافت می‌شوند، از اینکه چگونه این گونه‌های آب و هوای سرد تقریباً یکسان هستند، با وجود اینکه هزاران مایل از هم فاصله دارند، شگفت‌زده شد. با توجه به اینکه به نظر می‌رسید زنده ماندن آنها در سرما چقدر مهم است، او شک کرد که این یک تصادف باشد و آنها را «کرایورودوپسین‌ها» نامید.

از آنجایی که رنگ یکی از ویژگی‌های تعیین‌کننده رودوپسین‌ها است، که بیشتر آنها صورتی-نارنجی هستند و توسط نور سبز و آبی فعال می‌شوند، کووالف مشتاق بررسی گونه‌های تازه کشف شده بود. در کمال تعجب، کرایورودوپسین‌ها طیف چشمگیری از رنگ‌ها را نشان دادند، از جمله نوع آبی بسیار پرطرفدار که توسط نور قرمز که عمیق‌تر و غیرتهاجمی به بافت نفوذ می‌کند، فعال می‌شود.

کووالف با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته زیست‌شناسی ساختاری کشف کرد که راز رنگ آبی آنها همان ویژگی ساختاری نادری است که او در ابتدا در پایگاه‌های داده پروتئین مشاهده کرد. «حالا که فهمیده‌ایم چه چیزی آنها را آبی می‌کند، می‌توانیم رودوپسین‌های آبی مصنوعی متناسب با کاربردهای مختلف طراحی کنیم.»

• تحقیقات جدید: مغز بزرگسالان تا ۷۰ سالگی نورون های جدید تولید میکند

سپر فرابنفش طبیعی

سپس این تیم کرایورودوپسین‌ها را در سلول‌های کشت‌شده مغز آزمایش کردند و دریافتند که قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش، جریان‌های الکتریکی را در داخل سلول‌ها القا می‌کند. وقتی سلول‌ها را با نور سبز روشن کردند، تحریک‌پذیری آنها افزایش یافت. در همین حال، قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش یا قرمز، تحریک‌پذیری آنها را کاهش داد.

توبیاس موزر، دکترا، رهبر گروه در مرکز پزشکی دانشگاه گوتینگن، گفت: “ابزارهای جدید اپتوژنتیک برای تغییر کارآمد فعالیت الکتریکی سلول هم «روشن» و هم «خاموش» در تحقیقات، بیوتکنولوژی و پزشکی فوق‌العاده مفید خواهند بود”

کوالف، با وجود پتانسیل آنها، اظهار داشت که کرایورودوپسین‌ها آماده استفاده به عنوان ابزار نیستند. اما او تأکید کرد که آنها یک نمونه اولیه عالی هستند. او خاطرنشان کرد: “آنها تمام ویژگی‌های کلیدی را دارند که بر اساس یافته‌های ما، می‌توانند برای اپتوژنتیک مؤثرتر مهندسی شوند.”

سپس این تیم با استفاده از طیف‌سنجی پیشرفته کشف کرد که کرایورودوپسین‌ها نه تنها نور فرابنفش را تشخیص می‌دهند، بلکه کندتر از هر رودوپسین شناخته‌شده دیگری به نور پاسخ می‌دهند. این نشان می‌دهد که آنها ممکن است به میکروب‌ها کمک کند تا تابش مضر فرابنفش را حس کرده و به آن پاسخ دهند، که یک ویژگی نادر در میان پروتئین‌های مرتبط است.

کوالف همچنین متوجه شد که ژن کرایورودوپسین به طور مداوم در کنار ژن یک پروتئین کوچک و ناشناخته ظاهر می‌شود، که به یک پیوند عملکردی احتمالی اشاره دارد. این تیم با استفاده از ابزار هوش مصنوعی AlphaFold پیش‌بینی کرد که پنج نسخه از یک پروتئین کوچک یک حلقه تشکیل می‌دهند و با کرایورودوپسین در داخل سلول تعامل می‌کنند.

آنها معتقدند که وقتی کرایورودوپسین نور فرابنفش را حس می‌کند، پروتئین کوچک جدا می‌شود تا سیگنال را به اعماق سلول منتقل کند. “کشف مکانیسم جدیدی که از طریق آن سیگنال حساس به نور از کرایورودوپسین‌ها می‌تواند به سایر قسمت‌های سلول منتقل شود، جذاب بود.”

رمزگشایی

برای مطالعه‌ی کرایورودوپسین‌ها با چنین جزئیاتی، تیم از یک رویکرد زیست‌شناسی ساختاری چهاربعدی استفاده کرد که ترکیبی از کریستالوگرافی اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی کرایو و تکنیک‌های فعال‌سازی نور بود. از آنجایی که کرایورودوپسین‌ها به شدت به نور حساس هستند، محققان مجبور شدند با کار با نمونه‌ها در تاریکی تقریباً کامل، خود را با شرایط وفق دهند تا از ایجاد واکنش‌های ناخواسته جلوگیری کنند.

کوالف خاطرنشان کرد: “ما گمان می‌کنیم که کرایورودوپسین‌ها ویژگی‌های منحصر به فرد خود را نه به دلیل سرما، بلکه به این دلیل تکامل یافته‌اند که میکروب‌ها بتوانند نور UV را حس کنند، که می‌تواند برای آنها مضر باشد.”

او توضیح داد که پروتئین‌های کوچکی که به طور مداوم در نزدیکی ژن کرایورودوپسین مشاهده می‌شوند، در موجوداتی که فاقد کرایورودوپسین هستند نیز یافت می‌شوند، که نشان می‌دهد آنها ممکن است نقش‌های گسترده‌تری فراتر از حس کردن UV داشته باشند. با این حال، عملکرد دوگانه‌ی منحصر به فرد آنها و اینکه چرا فقط در محیط‌های سرد تکامل یافته‌اند، همچنان یک راز است.

کووالف در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه گیری کرد: “در محیط‌های سرد، مانند قله کوه، باکتری‌ها با تابش شدید فرابنفش مواجه می‌شوند.” او معتقد است که کرایورودوپسین‌ها ممکن است به میکروب‌ها در تشخیص تابش فرابنفش کمک کنند و به آنها اجازه دهند پاسخ‌های محافظتی را فعال کنند.

برای دهه‌ها، دانشمندان معتقد بودند که مغز انسان پس از دوران کودکی تولید نورون‌های جدید را متوقف می‌کند. این دیدگاه دیرینه، مغز بزرگسالان را به عنوان یک اندام ثابت، ناتوان از تولید سلول‌های تازه در همان ناحیه‌ای که مسئول حافظه و یادگیری است، ترسیم می‌کرد.

اما یک مطالعه جدید و برجسته، این عقیده را وارونه می‌کند و واضح‌ترین شواهد تاکنون را ارائه می‌دهد که انسان‌های بالغ همچنان تا سنین پیری نورون‌های جدید تشکیل می‌دهند.

مغزها محدودیت‌های پیری را به چالش می‌کشند

تیمی از محققان موسسه کارولینسکا در سوئد، تشکیل نورون‌های جدید در هیپوکامپ، ناحیه‌ای حیاتی برای حافظه، یادگیری و تنظیم عاطفی را شناسایی و ردیابی کرده‌اند. در سال ۲۰۱۳، تیمی از محققان به رهبری پروفسور جوناس فریزن با مطالعه‌ای که نشان می‌داد نورون‌های جدید می‌توانند در هیپوکامپ انسان‌های بالغ تشکیل شوند، خبرساز شدند.

آنها از تاریخ‌گذاری کربن-۱۴ در DNA استخراج شده از بافت مغز برای تعیین زمان ایجاد سلول‌های منفرد استفاده کردند و شواهد نادری از نوروژنز بزرگسالان ارائه دادند. اما در حالی که این مطالعه ثابت کرد که نورون‌های جدید می‌توانند وجود داشته باشند، پاسخی به این سوال که این نورون‌ها از کجا می‌آیند، ارائه نداد.

تاکنون، دانشمندان شواهد مستقیمی مبنی بر وجود و تقسیم فعال سلول‌های پیش‌ساز عصبی در مغز انسان بالغ نداشتند. فریسن گفت: “ما اکنون توانسته‌ایم این سلول‌های منشأ را شناسایی کنیم که تأیید می‌کند تشکیل مداوم نورون‌ها در هیپوکامپ مغز بزرگسالان وجود دارد.»

در مطالعه جدید، تیم بافت مغز پس از مرگ افراد در سنین مختلف از نوزادی تا 78 سالگی را تجزیه و تحلیل کرد تا کشف کند که سلول‌های پیش‌ساز عصبی (پیش‌سازها تا نورون‌های کاملاً توسعه‌یافته) نه تنها در مغز بزرگسالان وجود دارند، بلکه به طور فعال در حال تقسیم نیز هستند. این مطالعه از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند توالی‌یابی RNA تک هسته‌ای برای نقشه‌برداری از فعالیت ژن در هسته‌های سلول‌های مغزی منفرد استفاده کرد.

• بازیابی توان حرکت معلولین با چیپ های چینی

این رویکرد، همراه با فلوسیتومتری و یادگیری ماشینی، به محققان اجازه داد تا مراحل مختلف رشد عصبی، از سلول‌های بنیادی گرفته تا نورون‌های نابالغ و در حال تقسیم، را شناسایی کنند. برای تجسم محل تشکیل این نورون‌های جدید، دانشمندان از RNAscope و Xenium، دو ابزار قدرتمند رونویسی فضایی، استفاده کردند. این یافته‌ها تأیید کردند که تشکیل سلول در شکنج دندانه‌ای، بخشی از هیپوکامپ که با یادگیری، انعطاف‌پذیری شناختی و رمزگذاری خاطرات جدید مرتبط است، در حال وقوع است.

همه مغزها یکسان نیستند

این یافته‌ها نشان می‌دهد که سلول‌های پیش‌ساز عصبی انسان بالغ شباهت زیادی به سلول‌های دیده شده در موش‌ها، خوک‌ها و میمون‌ها دارند، اگرچه برخی از الگوهای فعالیت ژن بین گونه‌ها متفاوت است. آنچه به ویژه جذاب است، تنوع بین افراد است. در حالی که برخی از بزرگسالان سلول‌های پیش‌ساز عصبی فراوانی داشتند، برخی دیگر تعداد بسیار کمی داشتند و این امر سوالات جدیدی را در مورد عواملی که ممکن است بر نوروژنز بزرگسالان تأثیر بگذارند، مطرح می‌کند.

فریسن توضیح داد: “این موضوع قطعه مهمی از پازل را در درک نحوه عملکرد و تغییرات مغز انسان در طول زندگی به ما می‌دهد. تحقیقات ما همچنین ممکن است پیامدهایی برای توسعه درمان‌های احیاکننده‌ای داشته باشد که نوروژنز را در اختلالات عصبی و روانی تحریک می‌کنند.”

این یافته‌ها همچنین می‌توانند راه را برای درمان‌های احیاکننده جدید برای بیماری‌های عصبی و روانی هموار کنند و به طور بالقوه با تحریک تشکیل نورون به روش‌های هدفمند به بازیابی یا افزایش عملکرد مغز کمک کنند.

پس از آنکه محققان راهی جدید برای بیرون راندن ویروس از مخفیگاهش در سلول‌های انسانی پیدا کردند، ممکن است درمان ایدز یک گام به واقعیت نزدیک‌تر شود.

توانایی ویروس در پنهان شدن در داخل برخی از گلبول‌های سفید خون، یکی از چالش‌های اصلی دانشمندانی بوده است که به دنبال درمان بوده‌اند. این بدان معناست که مخزنی از ایدز در بدن وجود دارد که قادر به فعال شدن مجدد است و نه سیستم ایمنی و نه داروها نمی‌توانند با آن مقابله کنند.

اکنون محققان موسسه عفونت و ایمنی پیتر دوهرتی در ملبورن، راهی برای قابل مشاهده کردن ویروس نشان داده‌اند که راه را برای پاکسازی کامل آن از بدن هموار می‌کند. این روش مبتنی بر فناوری mRNA (آران‌ای پیام‌رسان) است که در طول همه‌گیری کووید-۱۹، زمانی که در واکسن‌های ساخته شده توسط Moderna و Pfizer/BioNTech استفاده شد، مورد توجه قرار گرفت.

در مقاله‌ منتشر شده، محققان برای اولین بار نشان داده‌اند که mRNA را می‌توان با پوشاندن ایدز در یک حباب چربی کوچک و مخصوص، به سلول‌هایی که ایدز در آنها پنهان شده است، منتقل کرد. سپس mRNA به سلول‌ها دستور می‌دهد تا ویروس را آشکار کنند.

در سطح جهان، تقریباً ۴۰ میلیون نفر مبتلا به ایدز هستند که باید تا آخر عمر دارو مصرف کنند تا ویروس سرکوب شود و از عدم بروز علائم یا انتقال آن اطمینان حاصل شود. برای بسیاری، این بیماری همچنان کشنده است، به طوری که آمار UNAids نشان می‌دهد که در سال ۲۰۲۳ هر دقیقه یک نفر بر اثر ایدز جان خود را از دست می‌دهد.

گفته های پزشکان برای درمان جدید ایدز

دکتر پائولا سیوال، پژوهشگر موسسه دوهرتی و نویسنده اول مشترک این مطالعه، گفت: “قبلاً تصور می‌شد که رساندن mRNA به نوعی از گلبول‌های سفید خون که محل زندگی ایدز هستند، غیرممکن است. زیرا این سلول‌ها حباب‌های چربی یا نانوذرات لیپیدی (LNP) را که برای حمل آن استفاده می‌شوند، جذب نمی‌کنند.”

این تیم نوع جدیدی از LNP را توسعه داده‌اند که این سلول‌ها آن را می‌پذیرند و به LNP X معروف است. او گفت: “امید ما این است که این طراحی نانوذرات جدید بتواند مسیر جدیدی برای درمان ایدز باشد. وقتی یکی از همکارانش برای اولین بار نتایج آزمایش را در جلسه هفتگی آزمایشگاه ارائه کرد، به نظر می‌رسید که آنها بیش از حد خوب هستند که واقعی باشند.

ما او را برای تکرار آزمایش به آزمایشگاه فرستادیم و او هفته بعد با نتایجی که به همان اندازه خوب بودند، برگشت. بنابراین مجبور بودیم آن را باور کنیم. و البته، از آن زمان، بارها و بارها آن را تکرار کرده‌ایم. ما از اینکه چقدر تفاوت شب و روز وجود داشت، شگفت‌زده شدیم. از قبل کار نمی‌کرد، و ناگهان کار می‌کرد. همه ما فقط نشسته بودیم و نفس نفس می‌زدیم، انگار که «وای».”

• اسکنرهای چشمی میتوانند ریسک های ژنتیکی را کشف کنند

تحقیقات بیشتری لازم است تا مشخص شود که آیا آشکار کردن ویروس برای مقابله سیستم ایمنی بدن با آن کافی است یا اینکه این فناوری باید با سایر درمان‌ها ترکیب شود تا ایدز را از بدن حذف کند. این مطالعه مبتنی بر آزمایشگاه است و روی سلول‌های اهدایی بیماران ایدز انجام شده است. مسیر استفاده از این فناوری به عنوان بخشی از درمان بیماران طولانی است و نیاز به آزمایش‌های موفقیت‌آمیز روی حیوانات و به دنبال آن آزمایش‌های ایمنی در انسان دارد که احتمالاً سال‌ها طول می‌کشد تا آزمایش‌های اثربخشی حتی آغاز شوند.

سیوال تأکید کرد: “در حوزه زیست‌پزشکی، بسیاری از چیزها در نهایت به کلینیک راه پیدا نمی‌کنند – این حقیقت تأسف‌بار است؛  «من نمی‌خواهم تصویری زیباتر از واقعیت ترسیم کنم. اما به طور خاص در حوزه درمان اچ‌آی‌وی، ما هرگز چیزی به خوبی آنچه می‌بینیم، از نظر اینکه چقدر خوب می‌توانیم این ویروس را آشکار کنیم، ندیده‌ایم. بنابراین از این منظر، ما بسیار امیدواریم که بتوانیم این نوع پاسخ را در یک حیوان نیز ببینیم و در نهایت بتوانیم این کار را در انسان انجام دهیم.”

نظرات دیگر

دکتر مایکل روش از دانشگاه ملبورن و نویسنده ارشد این تحقیق، گفت که این کشف می‌تواند پیامدهای گسترده‌تری فراتر از اچ‌آی‌وی داشته باشد، زیرا گلبول‌های سفید مرتبط با آن در بیماری‌های دیگری از جمله سرطان نیز دخیل هستند.

دکتر جاناتان استوی، ویروس‌شناس رتروویروس و دانشمند بازنشسته در موسسه فرانسیس کریک، که در این مطالعه مشارکتی نداشت، گفت که رویکرد اتخاذ شده توسط تیم ملبورن به نظر می‌رسد پیشرفت بزرگی در استراتژی‌های موجود برای بیرون راندن ویروس از مخفیگاه باشد، اما برای تعیین بهترین روش برای از بین بردن آن پس از آن، مطالعات بیشتری لازم است.

او افزود: “در نهایت، یک ناشناخته بزرگ باقی می‌ماند. آیا برای موفقیت باید کل مخزن را از بین ببرید یا فقط بخش عمده آن را؟ اگر فقط ۱۰٪ از مخزن نهفته زنده بماند، آیا این برای ایجاد عفونت جدید کافی خواهد بود؟ فقط زمان مشخص خواهد کرد.» با این حال، این از اهمیت مطالعه فعلی نمی‌کاهد، که نشان دهنده یک پیشرفت بالقوه بزرگ در رساندن mRNA برای اهداف درمانی به سلول‌های خونی است.”

پروفسور توماس هانکه از موسسه جنر، دانشگاه آکسفورد، این ایده را که رساندن RNA به گلبول‌های سفید خون یک چالش مهم بوده است، رد کرد. او گفت امید به اینکه بتوان به تمام سلول‌های بدن که ایدز در آنها پنهان شده است، از این طریق دسترسی پیدا کرد، «صرفاً یک رویا» است.

چشم‌ ها مدت‌هاست که به عنوان پنجره‌ای به جهان شناخته می‌شوند. اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که آنها همچنین می‌توانند وضعیت سلامت روان فرد را آشکار کنند.

مطالعه جدید توسط تیمی از محققان بین‌المللی از دانشگاه زوریخ و بیمارستان روانپزشکی دانشگاه زوریخ نشان می‌دهد که خطر ژنتیکی ابتلا به اسکیزوفرنی با نازک‌تر شدن شبکیه مرتبط است، که نشان می‌دهد اسکن شبکیه روزی می‌تواند به تشخیص زودهنگام و مداخله در این بیماری کمک کند. شبکیه، بخشی از سیستم عصبی مرکزی، مستقیماً به مغز متصل است و نشانه‌های ظریفی از تغییر در فعالیت مغز در چشم‌ها را نشان می‌دهد.

محققان بررسی کردند که آیا اختلالات در ارتباط عصبی با عوامل خطر ژنتیکی ابتلا به اسکیزوفرنی (اختلالی که به دلیل تأثیر بر نحوه پردازش اطلاعات توسط مغز شناخته می‌شود) مرتبط است یا خیر.

خطر ژنتیکی با شبکیه چشم در ارتباط است

مطالعات قبلی نشان داده است که اسکیزوفرنی ممکن است با از دست دادن ماده خاکستری در مغز و نازک شدن شبکیه مرتبط باشد. با این حال، هنوز مشخص نیست که آیا این تغییرات در ایجاد این اختلال نقش دارند یا در نتیجه آن ظاهر می‌شوند. متغیرهای دیگری (مانند اثرات داروهای ضد روان‌پریشی، عادات سبک زندگی یا بیماری‌های همراه مانند دیابت) نیز می‌توانند در تغییر شبکیه نقش داشته باشند.

فین راب، نویسنده اول این مطالعه، گفت: “برای بررسی اینکه آیا خطر ابتلا به اسکیزوفرنی بر سیستم عصبی مرکزی تأثیر می‌گذارد یا خیر، ده‌ها هزار فرد سالم را بررسی کردیم. سپس نمرات خطر چندژنی را برای هر فرد محاسبه کردیم.”

این تیم از داده‌های ژنتیکی و شبکیه‌ای گسترده از بیوبانک بریتانیا، یک پایگاه داده زیست‌پزشکی وسیع که اطلاعات بیش از نیم میلیون شرکت‌کننده را در خود جای داده است، استفاده کرد.

این محقق می‌افزاید: “می‌توان گفت که مقیاس داده‌های بیوبانک بریتانیا تحقیقات زیست‌پزشکی را متحول کرده است.”

این مطالعه نشان داد که استعداد ژنتیکی بیشتر به اسکیزوفرنی با بافت شبکیه نازک‌تر مرتبط است. با این حال، اندازه اثر کوچک است و تنها زمانی آشکار می‌شود که در جمعیت‌های بزرگ بررسی شود. محققان همچنین تأکید کردند که برخلاف تغییرات مغز، تغییرات در شبکیه را می‌توان به راحتی، غیرتهاجمی و با هزینه نسبتاً کم تشخیص داد که مزیت قابل توجهی را ارائه می‌دهد.

• این حسگر (استیکر) پوستی میتواند حس های پنهان را نمایان کند

با استفاده از توموگرافی انسجام نوری، روشی مشابه سونوگرافی اما برای چشم، می‌توان ضخامت شبکیه را تنها در چند دقیقه اندازه‌گیری کرد و امکانات امیدوارکننده‌ای را برای تشخیص زودهنگام و پیشگیری فراهم کرد.

رابه گفت: “مطالعه ما پتانسیل استفاده از توموگرافی انسجام نوری را در عمل بالینی نشان می‌دهد. اما مطالعات طولی در مقیاس بزرگ برای بررسی میزان مفید بودن آن برای پیشگیری مورد نیاز است.”

اثر پنهان التهاب در شبکیه

یکی دیگر از یافته‌های مهم این مطالعه به انواع ژنتیکی مرتبط با فرآیندهای التهابی در مغز اشاره دارد که ممکن است در تغییرات ساختاری مشاهده شده در شبکیه نیز نقش داشته باشند. این نتایج، فرضیه التهاب اسکیزوفرنی را بیشتر تأیید می‌کند – این ایده که التهاب می‌تواند باعث شروع یا پیشرفت این اختلال شود.

رابه توضیح داد: “اگر این فرضیه تأیید شود، التهاب می‌تواند با دارو قطع شود و به طور بالقوه ما را قادر می‌سازد تا در آینده امکانات درمانی را بهبود بخشیم.”

در نتیجه

اگرچه اختلالات پردازش بصری در اسکیزوفرنی رایج است، اما مشخص نیست که این اختلالات تا چه حد از چشم در مقابل مغز سرچشمه می‌گیرند. این بررسی، سهم بالقوه‌ای را از شبکیه و سایر ساختارهای چشم گرفته تا اختلالات پردازش بصری در اسکیزوفرنی و حالت‌های پرخطر برجسته می‌کند. هدف دوم، ارزیابی وضعیت ناهنجاری‌های شبکیه به عنوان نشانگرهای زیستی برای اسکیزوفرنی است.

این بررسی با انگیزه تغییرات شناخته شده شبکیه در سایر اختلالات (به عنوان مثال، بیماری پارکینسون، مولتیپل اسکلروزیس) و ارتباط آنها با اختلالات ادراکی و شناختی و پیشرفت بیماری در آنها انجام شده است.

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که مغز ما به طور فزاینده‌ای پلاستیکی است. محققان به تازگی نمونه‌هایی از بافت مغز را که طی ۲۵ سال جمع‌آوری شده است، بررسی کرده‌اند. آنها دریافتند که به طرز شگفت‌آوری، سطوح بالایی از خرده‌های کوچک پلاستیک سر ما را پوشانده است و نمونه‌های اخیر به طور متوسط، میکروپلاستیک‌های بیشتری نسبت به نمونه‌های قدیمی‌تر داشتند.

ذرات پلاستیکی بسیار کوچک در مطالعات قبلی نشان داده شده‌اند. آنها ریه‌ها، روده‌ها، خون و کبد ما را آلوده کرده‌اند. اما سطوح یافت شده در مغز بالاتر از سطوحی است که در سایر نقاط بدن دیده می‌شود.

رافائل مارفلا، محقق قلب در دانشگاه کامپانیا “لوئیجی وانویتلی” در ناپل، ایتالیا است. او در مطالعه جدید شرکت نکرد اما خطرات میکروپلاستیک را در افراد مطالعه کرده است. او می‌گوید یافته‌های جدید “هم قابل توجه و هم نگران‌کننده” هستند. از این گذشته، مطالعات قبلی، سطح بالای ذرات پلاستیکی در خون را با افزایش خطر حملات قلبی، سکته مغزی و مرگ مرتبط دانسته‌اند.

مطالعه دوم، که قرار است به زودی گزارش شود، نکاتی را نشان می‌دهد که آلودگی پلاستیکی ممکن است بر عملکرد عصبی – مغزی – نیز تأثیر بگذارد. افرادی که در مناطق ساحلی زندگی می‌کنند، جایی که آب دریا به ویژه سطوح بالایی از ذرات ریز پلاستیکی دارد، بیشتر احتمال دارد که طیف وسیعی از مشکلات را گزارش کنند. این مشکلات از دشواری در انجام وظایف شناختی (مانند تفکر و حافظه) گرفته تا مشکلات رفت و آمد و انجام کارهای روزمره عادی را شامل می‌شود.

سطوح یافت شده “تقریباً باورنکردنی” هستند

برای مطالعه مغز، محققان بیش از ۹۱ نمونه بافت را بررسی کردند. هر کدام از آنها از کسی گرفته شده بود که فوت کرده و اعضای بدن خود را به علم اهدا کرده بود. اندازه‌گیری ذرات ریز و نانو پلاستیکی در آنها – به اختصار MNPs – دشوار بود. بنابراین محققان از چندین تکنیک استفاده کردند.

به نظر می‌رسد میزان پلاستیک موجود به سرعت در حال افزایش است. میانگین جرم پلاستیک در بافت مغز در سال ۲۰۱۶، ۳۳۴۵ میکروگرم در هر گرم بود. هشت سال بعد، این مقدار به ۴۹۱۷ میکروگرم در هر گرم رسید. این افزایش حدود ۵۰ درصد است.

اندرو وست، یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: “سطوح پلاستیک شناسایی شده در مغز تقریباً باورنکردنی است. در واقع، تا زمانی که تمام داده‌ها را از آزمایش‌های متعدد با نمونه‌های مختلف ندیدم، باور نمی‌کردم.”

وست، یک متخصص علوم اعصاب، در دانشگاه دوک در دورهام، کارولینای شمالی کار می‌کند. ممکن است این سطوح برای وست باورنکردنی باشد، اما ریچارد تامپسون را متعجب نکرد. او متخصص میکروپلاستیک در دانشگاه پلیموث انگلستان است. او حتی در سال ۲۰۱۱ یکی از اولین گزارش‌ها در مورد آلودگی میکروپلاستیک‌ها در محیط زیست را نوشت.

تامپسون خاطرنشان می‌کند که این ذرات ریز «در غذایی که می‌خوریم، آبی که می‌نوشیم و حتی هوایی که تنفس می‌کنیم وجود دارند». بنابراین او از اینکه آنها راه خود را به درون ما پیدا می‌کنند، تعجب نکرد.

شگفتی هوشمندانه

مغز یک منطقه سلولی دارد که نباید از آن عبور کرد. به آن سد خونی مغزی می‌گویند. این منطقه از ورود بسیاری از چیزهای اشتباه به مغز جلوگیری می‌کند. دانشمندان پیش از این فکر می‌کردند که آیا این منطقه از ورود پلاستیک نیز جلوگیری می‌کند یا خیر. اما داده‌های جدید نشان می‌دهد که میکروپلاستیک‌ها از این مانع عبور کرده‌اند.

در واقع، نمونه‌های مغز از سال ۲۰۲۴، حدود ۱۰ برابر بیشتر از نمونه‌های کبد و کلیه، پلاستیک داشتند. اما همه افراد سطح بالایی از پلاستیک نداشتند. وست می‌گوید گروهش اکنون کنجکاو است که چگونه به نظر می‌رسد برخی افراد واقعاً از تجمع پلاستیک جلوگیری کرده‌اند.

فیبی استیپلتون می‌گوید: “این مطالعه به وضوح نشان می‌دهد که آنها آنجا هستند – و در غلظت‌های بالا. شکل این تکه‌ها شگفت‌انگیز است.” او متخصص سم‌شناسی در دانشگاه راتگرز است.

تکه‌های پلاستیکی در مطالعات آزمایشگاهی معمولاً شبیه مهره هستند. وست اکنون گزارش می‌دهد: “خرده‌های کهنه‌ای که در مغز جمع می‌شوند، شبیه هیچ چیزی نیستند که ما هنوز در آزمایشگاه استفاده کرده‌ایم. آنها ذرات بلند و تیزی هستند.”

بسیاری از آن مطالعات آزمایشگاهی، مهره‌های میکرو و نانومقیاس پلی‌استایرن را آزمایش کرده بودند. مغز مقدار کمی از این پلاستیک داشت. با این حال، مقدار زیادی پلی‌اتیلن وجود داشت. این یک پلاستیک رایج است که در چیزهایی مانند کیسه‌های مواد غذایی، بطری‌های شامپو و اسباب‌بازی‌ها استفاده می‌شود.

• دندان های پرورش داده شده در آزمایشگاه جای ایمپلنت را خواهد گرفت

آیا باید نگران باشیم؟

این یافته‌ها به چه معناست؟ تیم وست مطمئن نیست. به عنوان مثال، هیچ ارتباطی بین سطح MNP و سن در زمان مرگ پیدا نکرد. اما تعداد نمونه‌هایی که آزمایش کردند نسبتاً کم بود. تفسیر اندازه‌گیری‌ها نیز دشوار بود. و همیشه این خطر وجود دارد که برخی از ذرات ریز پلاستیکی موجود در هوا ممکن است نمونه‌ها را آلوده کرده باشند.

این مطالعه همچنین سطح پلاستیک را در طول زمان در افراد زنده ردیابی نکرد. بنابراین تحقیق نمی‌تواند بگوید که چگونه سطح آلودگی یک فرد ممکن است با گذشت زمان تغییر کند.

شاید بزرگترین سوال بی‌پاسخ: آیا آنها مضر هستند؟ وست می‌گوید: “به عبارت ساده، ما پیامدهای سلامتی میکروپلاستیک‌ها را در مغز نمی‌دانیم. صبر کردن برای دریافت همه پاسخ‌ها قبل از پرداختن به این موضوع اشتباه خواهد بود.”

سارجو گاناترا می‌گوید، یک مطالعه جدید دوم نگرانی در مورد آلودگی پلاستیک را تقویت می‌کند. او متخصص قلب و عروق و محقق پایداری در بیمارستان و مرکز پزشکی لاهی در برلینگتون، ماساچوست است. گاناترا گفت: “سلامت ما ارتباط تنگاتنگی با سلامت سیاره زمین دارد از جمله هوایی که تنفس می‌کنیم، آبی که می‌نوشیم و غذایی که می‌خوریم.” تکه‌های پلاستیک همه اینها را آلوده می‌کنند. بنابراین تیم او به این فکر افتاد که این تکه‌ها چه بلایی سر مردم می‌آورند.

برای سنجش سریع این موضوع، آنها یک پایگاه داده ملی از معلولیت‌های مرتبط با عصب (از جمله معلولیت‌های مرتبط با مغز) که توسط خود افراد گزارش شده بود را ردیابی کردند. آنها بر داده‌های مربوط به افرادی که در ۲۱۸ شهرستان ساحلی ایالات متحده زندگی می‌کردند، تمرکز کردند. افراد مورد بررسی به عنوان نماینده همه ساکنان این شهرستان‌ها انتخاب شدند – بیش از ۶ میلیون نفر.

گروه گاناترا سپس نرخ معلولیت در این افراد را با میانگین سطح MNPها در آب دریاهای محلی مقایسه کردند. این مقادیر توسط اداره ملی اقیانوسی و جوی جمع‌آوری شده بود. مقادیر پلاستیک از ۱۰ یا کمتر MNP در هر متر مکعب آب دریا تا ۷۰۰۰ یا بیشتر متغیر بود.

در مناطقی که سطح MNP در آب بالاترین بود، افراد میزان معلولیت در شناخت (تفکر و حافظه) را ۹ درصد بیشتر از افرادی که در آب‌های ساحلی با کمترین سطح MNP زندگی می‌کردند، نشان دادند. افراد در بالاترین گروه همچنین بیشتر احتمال داشت که در مراقبت از خود (مانند لباس پوشیدن، خرید و رفت و آمد در جامعه) مشکل داشته باشند. تیم گاناترا یافته‌های خود را در هفته ۵ آوریل به اشتراک گذاشت. آنها در نشست آکادمی مغز و اعصاب آمریکا در سن دیگو، کالیفرنیا ارائه دادند.

گاناترا می‌گوید این داده‌ها ثابت نمی‌کنند که MNPها باعث ناتوانی‌های گزارش‌شده شده‌اند. آنها فقط یک ارتباط پیدا کرده‌اند. اما او می‌گوید، کشف چنین ارتباطاتی «آنچه علم را هدایت می‌کند» است. آنها به جایی اشاره می‌کنند که دانشمندان باید از طریق آزمایش‌های پیگیری عمیق‌تر بررسی کنند.

در واقع، گاناترا گفت: “ما باید شروع به فکر کردن در مورد چگونگی شروع اندازه‌گیری این میکروپلاستیک‌ها در بیماران کنیم. این اولین قدم در دیدن چگونگی ارتباط آنها با بیماری‌هایی است که بر مواردی مانند مغز، سیستم‌های هورمونی و قلب تأثیر می‌گذارند.به عنوان پدر یک کودک هشت ساله، فکر می‌کنم مهم است که ما در این جهت فکر کنیم.”

تحقیقات جدید از موسسه تحقیقات زیست پزشکی فرالین ویرجینیا تک نشان می‌دهد که درمان با پالس های الکتریکی با شدت کم می‌تواند به آماده‌سازی محیط تومور برای عملکرد بهتر سیستم ایمنی کمک کند.

این درمان به اندازه درمان با شدت بالا که معمولاً برای از بین بردن تومورها استفاده می‌شود، مورد توجه قرار نگرفته است. از نظر تاریخی، الکتروپوریشن برگشت‌ناپذیر با فرکانس بالا (H-FIRE) برای ریشه‌کن کردن توده‌های تومور از طریق اختلال الکتریکی هدفمند در غشاهای سلولی بدخیم به کار گرفته شده است.

این رویکرد در حالی که در سمیت سلولی مستقیم مؤثر است، اغلب نواحی تومور محیطی را حفظ می‌کند و فعالیت نئوپلاستیک باقی مانده را باقی می‌گذارد.

پالس‌ های الکتریکی کم‌قدرت

با این حال، H-FIRE در شکل ساب‌ابلتیو خود که با شدت الکتریکی کاهش‌یافته ارائه می‌شود، پاسخ فیزیولوژیکی کاملاً متفاوتی را ایجاد می‌کند. به جای القای مرگ فوری سلول‌های تومور، H-FIRE ساب‌ابلتیو بازسازی سریع عروقی را در ریزمحیط تومور تسهیل می‌کند.

در یک مطالعه کنترل‌شده بر روی سرطان پستان، محققان دریافتند که رگ‌های خونی ظرف 24 ساعت پس از درمان به طور قابل توجهی افزایش یافته‌اند. تا روز سوم، آنها همچنین متوجه افزایش رشد رگ‌های لنفاوی شدند. این تغییرات نشان می‌دهد که تومور سیستم پشتیبانی خود را تطبیق می‌دهد، که ممکن است توانایی بدن در نظارت و جابجایی سلول‌های ایمنی را بهبود بخشد.

این مطالعه که در Annals of Biomedical Engineering منتشر شده است، تغییر تمرکز از تومور به عنوان هدف تخریب مستقیم به تومور به عنوان گره‌ای از درگیری ایمونولوژیکی را مستند می‌کند. با افزایش مسیرهای پرفیوژن و تخلیه لنفاوی، محیط اصلاح‌شده ممکن است جذب و استقرار کارآمدتر سلول‌های T سیتوتوکسیک و سایر عوامل مؤثر ایمنی را امکان‌پذیر کند.

• فعالیت های ساده ای که میتوانند توان مغز را افزایش دهند

دکتر جنیفر مانسون، نویسنده اصلی و مدیر مرکز تحقیقات سرطان موسسه تحقیقات زیست‌پزشکی فرالین، گفت: “H-FIRE ساب-ابلتیو تومور را به طور کامل از بین نمی‌برد، اما به نظر می‌رسد قوانین درگیری را تغییر می‌دهد. ما سیگنال‌هایی را می‌بینیم که ممکن است سلول‌های ایمنی را از طریق مسیرهای لنفاوی به طور مؤثرتری به محل تومور هدایت کنند.”

مبارزه با سرطان

این مطالعه، بُعدی از درمان مبتنی بر الکتروپوریشن را که قبلاً کمتر مورد بررسی قرار گرفته بود، بیشتر روشن می‌کند. در حالی که مشاهدات قبلی به افزایش فعالیت ایمنی در حاشیه‌های تومور تا حدی تخریب‌شده اشاره داشتند، تعامل عملکردی با سیستم لنفاوی به خوبی مشخص نشده بود.

با بررسی محل‌های تومور اولیه و غدد لنفاوی مجاور، تیم تحقیقاتی مسیری را روشن کرده است که از طریق آن پروتکل‌های پالس ساب-ابلتیو می‌توانند به طور بالقوه پاسخ ایمنی سیستمیک را افزایش دهند. این نتایج پیامدهای قابل توجهی برای استراتژی‌های یکپارچه درمان سرطان دارند.

ارتباط امیدوارکننده‌ای بین تغییرات در ساختار رگ‌های خونی و درمان‌های سرطان مانند مهارکننده‌های ایست بازرسی و درمان‌های انتقال سلول تطبیقی ​​وجود دارد. این امر فرصت‌های تحقیقاتی ارزشمندی را ارائه می‌دهد که می‌تواند به درمان‌های جدید منجر شود.

حمایت از این مطالعه توسط چندین شاخه از مؤسسات ملی بهداشت، از جمله مؤسسه ملی سرطان، مرکز ملی علوم پیشرفته انتقالی و مؤسسه ملی تصویربرداری زیست‌پزشکی و مهندسی زیستی، ارائه شده است.

مانسون خاطرنشان می‌کند که اهداف تحقیقاتی آینده بر نقشه‌برداری از پاسخ‌های ایمنی پایین‌دست فعال‌شده توسط بازسازی عروقی و ارزیابی اینکه آیا این پاسخ‌ها می‌توانند هنگام استفاده از ساب-ابلتیو H-FIRE همراه با درمان‌های تعدیل‌کننده ایمنی موجود، تقویت شوند، متمرکز خواهد بود. ساب-ابلتیو H-FIRE ممکن است سرطان را به طور کامل درمان نکند، اما می‌تواند به تغییر محیط تومور کمک کند. این تغییر ممکن است میزان توانایی سیستم ایمنی در مبارزه با سرطان را بهبود بخشد. این یک گام مهم در توسعه مداوم گزینه‌های درمان سرطان است.