دانشمندان موفّق به مشاهده‌ی فعّالیّت الکتریکی نورون‌ در مغز زنده شدند

Scientists Watch Live Brain Cell Circuits Spark and Fire

دانشمندان مگس دروزوفیلا ملانوگاستر را به‌کارگرفتند تا برای نخستین بار نشان‌دهند که دسته‌ی جدیدی از پروتئین‌های مهندسی‌شده می‌تواند برای مشاهده‌ی فعّالیّت الکتریکی نورون‌ها در مغز زنده مورد استفاده قرارگیرد. نتایج این پژوهش‌ها نشان‌می‌دهد که این پروتئین‌ها می‌توانند به عنوان ابزاری امیدبخش برای بررسی فعّالیّت نورون‌ها در موجودات گوناگون و نیز مطالعه‌ی چگونگی تأثیرات مخرّب بیماری‌های عصب‌شناختی بر فعّالیّت عادی نورون‌ها مورد استفاده قرارگیرند.

سلول‌های عصبی برای کنترل اندیشه‌ها، حرکات و احساسات از الکتریسیته استفاده‌می‌کنند. از اواخر قرن نوزدهم، یعنی زمانی که دکتر Luigi Galvani پاهای قورباغه‌ای را با شوک‌های الکتریکی به حرکت واداشت، دانشمندان در پی این بوده‌اند که با مشاهده‌ی این فعّالیّت‌های الکتریکی، چگونگی به‌کارگیری الکتریسته را در این فرایندها بیابند. آن‌ها معمولاً مستقیماً با استفاده از الکترودها یا رنگ‌های سمّیِ حسّاس به ولتاژ این فعّالیّت‌های الکتریکی را بررسی‌می‌کردند و یا به طور غیر مستقیم از یابنده‌های کلسیم استفاده‌می‌کردند؛ روش‌هایی که مستلزم مرگ حیوان بود. این مطالعات که به سرپرستی دکتر Michael Nitabach و دکتر Vincent Pieribone در مدرسه‌ی پزشکی Yale به‌انجام‌رسید، نشان‌می‌دهد که دسته‌ای از پروتئین‌های فلئورسنت به نام GEVI‌ها می‌تواند محقّقان را در مشاهده‌ی فعّالیّت الکتریکی نورون‌ها در حیوان زنده یاری‌دهد.

Pieribone و همکارانش ArcLight را که پروتئینی از دسته‌ی GEVI‌ها می‌باشد، تولیدکردند. هنگامی که ولتاژ نورون تغییرکند، ArcLight می‌درخشد و هم‌زمان پژوهشگران را قادر به مشاهده‌ی فعّالیّت الکتریکی نورون‌ها می‌کند. در این پژوهش Nitabach و همکارانش مگس دروزوفیلا ملانوگاستر را طوری مهندسی‌کردند تا پروتئین ArcLight را در نورون‌هایی که چرخه‌ی خواب یا احساس بو را کنترل‌می‌کنند، بیان‌کند. پژوهشگران با آزمایش‌های ابتکاری نشان‌دادند که ArcLight فعّالیّت الکتریکی نورون‌ها را در مغز زنده نمایش‌می‌دهد. در این آزمایش‌ها محقّقان به‌طور هم‌زمان، از یک سو با میکروسکوپ و با کمک ArcLight و از سوی دیگر با الکترودها فعّالیّت الکتریکی نورون‌ها را بررسی‌کردند که نتایج دقیقاً بر هم منطبق بود‌:

آزمایش‌های بعدی نشان‌داد که ArcLight در اثر فعّالیّت‌ الکتریکی قسمت‌هایی از مغز می‌درخشد که دست‌یابی به آن قسمت‌ها با تکنیک‌های قبلی ممکن نبود. این نتایج نوید از این می‌دهد که در آینده بتوان با کمک پروتئین‌ ArcLight و دیگر پروتئین‌های GEVI‌، چرخه‌های فعّالیّت نورون‌ها را در دو وضعیّت سلامت و بیماری بررسی‌نمود.

بن‌مایه

ممکن است سیگنال‌های خودتقویت‌کننده سبب گسترش سلول‌های سرطانی شوند

Self-Perpetuating Signals May Drive Tumor Cells to Spread

یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران از مدرسه‌ی پزشکی Duke-NUS سنگاپور و مدرسه‌ی پزشکی از دانشگاه Johns Hopkins، یک چرخه‌ی خودتقویت‌کننده‌ی علامت‌دهی در سلول‌های بافت‌ پیوندی یافتند که به این سلول‌ها اجازه‌ی قطبش (داشتن سمت جلو و عقب) داده و آن‌ها را در یک جهت مشخّص جابه‌جامی‌کند. این حرکت همانند حرکتی است که سلول‌های تومور در طی متاستاز سرطانی استفاده‌‌می‌کنند تا به سلول‌های سالم حمله‌ورشوند؛ بنابراین کشف چگونگی علامت‌دهی در این شبکه می‌تواند به استراتژی‌های جدید درمانی برضدّ سرطان منجر شود.

در بدن ما سلول‌های زیادی می‌توانند حرکت و مهاجرت کنند تا به مکان‌های مختلفی برسند و گاهی مسافت‌هایی طولانی طی‌می‌کنند. برای مثال برخی از گلبول‌های سفید در طی یک عفونت به محلّ زخم می‌روند تا میکروارگانیزم‌ها را نابودکنند و نیز سلول‌های بافت پیوندی (فیبروبلاست‌ها) به آن‌جا می‌روند تا نواحی آسیب‌‌دیده را ترمیم‌کنند. مهاجرت سلولی برای فرایندهای گوناگون بیولوژیک ضروری است؛ مانند تکوین موجود زنده، بهبود زخم، فعّالیت دستگاه ایمنی و نیز هجوم سلول‌های تومور در طی متاستاز.

مهاجرت سلولی فرایند فوق‌العاده پیچیده‌ای است که وابسته به توانایی سلول برای قطبش و تولید نیرو در یک جهت مشخّص می‌باشد. سلول‌های مهاجرت‌کننده این کار را به‌طور خودبه‌خودی و بدون نیاز به محیط انجام‌می‌دهند. این که آن‌ها چگونه این کار را انجام‌می‌دهند، پرسشی است که زیست‌شناسان سلولی را برای سه دهه به‌خودمشغول‌کرده‌است.

این تازه‌ترین نتایجی است که  فرایند مهاجرت در سلول‌ها را روشن می‌کند. گروه پژوهشگر دریافتند که این شبکه‌ی علامت‌دهی دارای ویژگی جالبی است: خودتقویت کنندگی یا چرخه‌ی فیدبک مثبت. یک مثال قدیمی در مورد این چرخه، فعّالیّت بانک در هنگامی است که تعداد زیادی از مشتریان به دلیل نگرانی از ورشکستگی بانک، پول‌های خود را از بانک پس‌بگیرند. در نتیجه‌ی آن بانک کیفیّت خدمات خود را کاهش‌می‌دهد که آن هم سبب می‌شود تعداد بیشتری از افراد حساب‌های خود را از بانک خالی کنند. (فیدبک مثبت)

این گروه تصمیم‌گرفتند تا نشان‌دهند که این چرخه‌ی فیدبک مثبت در نواحی خاصّ بافت پیوندی فعّال می‌شود و سبب می‌شود که این سلول‌ها در جهت خاصّی حرکت‌کنند. پیش‌بینی‌می‌شود که دو پروتئین در این چرخه‌ی سیگنال‌دهی نقش عمده‌ای داشته‌باشند: Ras و PI3K که اغلب در سرطان دچار جهش می‌شوند. آن‌ها امیدوارند که روزی بتوان با هدف قراردادن این چرخه‌ی سیگنال‌دهی به استراتژی‌های درمانی برضدّ سرطان دست‌یافت.

بن‌مایه

ناخن‌ها سرنخ‌هایی را برای رویش دوباره‌ی اندام‌های بدن آشکارمی‌کنند

Fingernails Reveal Clues to Limb Regeneration

از توانایی‌های قابل توجّه پستانداران این است که می‌توانند نوکِ انگشت ِ از دست رفته (شامل ناخن، عصب و حتّی استخوانِ نوک انگشت) را بازسازی‌کنند. در انسان سرِ انگشت قطع‌شده می‌تواند در عرض دو ماه دوباره بروید؛ این پدیده‌ای است که هنوز تقریباً ناشناخته مانده‌است. بر اساس گزارشی که در مجلّه‌ی Nature به‌چاپ رسید، پژوهشگران در مرکز پزشکی NYU Langone، جزئیّاتِ این پدیده‌ی کم‌یاب را در پستانداران روشن‌کردند. آن‌ها موش‌های اصلاح‌ژنتیکی‌شده را به‌کار‌گرفتند تا برای نخستین بار رویدادهای بیوشیمیایی مؤثّر در این فرایند را شناسایی‌کنند. این یافته‌ها نوید از این می‌دهد که روزی بتوان اندام‌های قطع شده‌ی انسان را بازسازی‌کرد.

پروفسور Mayumi Ito می‌گوید:«همه می‌دانند که ناخن‌ها همیشه به رشد خود ادامه‌می‌دهند، امّا هیچ‌کس دلیل آن را به‌درستی نمی‌داند.» پیوند بین رشد دائم ناخن‌ها و قابلیّت رویش دوباره‌ی استخوان و بافت زیر ناخن به‌خوبی شناخته‌نشده‌است. اکنون، Ito و تیمش سرنخ جدیدی را در این فرایند یافته‌اند: سلول‌های بنیادی واقع در ماتریکس ناخن (قسمتی از ناخن که دارای پایانه‌های عصبی و رگ‌های خونی فراوان است) رویش دوباره‌ی ناخن‌ها را تحریک‌می‌کنند. همچنین آن‌ها دریافتند که این سلول‌های بنیادی برای رویش دوباره‌ی استخوان‌ زیر ناخن وابسته به گروهی از پروتئین‌ها به نام شبکه‌ی پیام‌رسانی Wnt (که در رویش‌ دوباره‌ی مو نیز نقش دارد) هستند.

Ito گفت:«هنگامی که ما مسیر پیام‌رسانی Wnt را در موش‌هایی که سر انگشتشان قطع‌شده‌بود مسدود‌کردیم، ناخن و استخوان زیر آن، برخلاف حالت عادی، دوباره رشد‌نکرد.» هنگامی که پژوهشگران این مسیر پیام‌رسانی را در استخوان و بافت دورتر از ناخن دستکاری‌کردند، رویش دوباره‌ی آن قسمت‌ها نیز تحریک‌شد. Ito گفت:«پیش از این، انگشت بریده‌شده تا این حد، دوباره نمی‌رویید.» این یافته‌ها ضرورت مسیر پیام‌رسانی Wnt را در رویش دوباره‌ی سر انگشت نشان‌می‌دهد و می‌تواند به راهی برای تحریک رویش دوباره‌ی اندام‌های دیگر بدن منجر‌شود. براورد می‌شود که ۱.۷ میلیون نفر در ایالات متّحده‌ی آمریکا از قطع عضو رنج‌می‌برند.»

گام بعدی پژوهشگران یافتن مکانیسم‌های مولکولی است که چگونگی تاًثیرگذاری مسیر پیام‌رسانی Wnt را بر رویش دوباره‌ی سر انگشتان نشان‌دهد.

بن‌مایه