دستکاری سلول‌های مغزی با استفاده از تلفن هوشمند

تیمی از دانشمندان کره و ایالات متحده ابزاری را اختراع کرده اند که می تواند مدارهای عصبی را با استفاده از یک ایمپلنت مغزی ریزِ کنترل شده توسط تلفن هوشمند کنترل کند.
 
محققان ، با انتشار این مطلب در مجله مهندسی زیست پزشکی طبیعت ، معتقدند این دستگاه می تواند تلاش ها برای کشف بیماری های مغزی مانند پارکینسون ، آلزایمر ، اعتیاد ، افسردگی و درد را سرعت بخشد.
 
این دستگاه با استفاده از کارتریج های دارویی قابل تعویض لگو مانند و بلوتوث قدرتمند کم انرژی ، می تواند نورون های مورد علاقه خاصی را با استفاده از دارو و نور برای زمان های طولانی هدف قرار دهد.
 
مؤلف ارشد ، رازا قاضی ، محقق مؤسسه پیشرفته علوم و فنون کره (KAIST) و دانشگاه کلرادو بولدر ، گفت: "این دستگاه عصبی بی سیم، تعدیل عصبی شیمیایی و اپتیکی زماندار را مقدور می سازد که قبلاً هرگز حاصل نشده است."
 
قاضی گفت این فناوری به طرز چشمگیری روشهای متداول مورد استفاده دانشمندان علوم اعصاب ، که معمولاً شامل لوله های فلزی سفت و سخت و الیاف نوری برای تحویل دارو و نور است ، را تحت الشعاع قرار می دهد. جدا از محدود کردن حرکت سوژه به دلیل ارتباطات بدنی با تجهیزات حجیم ، ساختار نسبتاً سفت و سخت آنها باعث ایجاد ضایعات در بافت نرم مغز به مرور زمان می شود ، بنابراین باعث می شود آنها برای کاشت طولانی مدت مناسب نباشند. اگرچه برخی تلاشها شده است تا با استفاده از پروب های نرم و سیستم عامل های بی سیم ، تا حدودی پاسخ ناسازگار بافت تخفیف یابد ، اما راه حل های قبلی به دلیل عدم توانایی آنها برای تحویل دارو برای مدت طولانی و همچنین تنظیمات کنترل حجیم و پیچیده آنها محدود بوده است.
 
برای دستیابی به تحویل بی سیمی دارو به صورت زماندار ، دانشمندان مجبور بودند چالش اساسی فرسودگی و تبخیر داروها را حل کنند. محققان موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره و دانشگاه واشنگتن در سیاتل برای اختراع یک دستگاه عصبی با یک کارتریج دارویی قابل جایگزینی همکاری کردند که می تواند به متخصصان علوم اعصاب اجازه دهد چندین ماه همان مدارهای مغزی را مطالعه کنند بدون اینکه نگرانی در مورد به آخر رسیدن مواد دارویی داشته باشند.
 
این کارتریج های دارویی آماده به کار در یک ایمپلنت مغزی برای موش ها، با یک پروب نرم و فوق العاده نازک (به ضخامت موی انسان) که شامل کانال های میکروسیالی و LED های ریز (کوچکتر از یک دانه نمک) بود، برای تحویل نامحدود دوزهای دارویی و نور سوارسازی شدند.
 
با کنترل به وسیله یک رابط کاربری زیبا و ساده روی یک تلفن هوشمند ، دانشمندان علوم اعصاب می توانند به راحتی هرگونه ترکیب خاص یا توالی دقیق تحویل های نور و دارو را در هر حیوان هدف کاشته شده بدون نیاز به انجام فیزیکی کار در آزمایشگاه شروع کنند. محققان همچنین با استفاده از این دستگاه های عصبی بی سیم ، می توانند به راحتی مطالعات حیوانی کاملاً اتوماتیک شده را در جایی تنظیم کنند که رفتار یک حیوان می تواند به طور مثبت یا منفی بر رفتار سایر حیوانات از طریق شروع کردن مشروط تحویل نور و/ یا دارو تأثیر بگذارد.
 
جائی وونگ جئونگ ، استاد مهندسی برق در KAIST ، گفت: "این دستگاهِ انقلابی ثمره طراحی پیشرفته الکترونیک و مهندسی قدرتمند میکرو و نانو ابعاد است." "ما علاقه مند به توسعه بیشتر این فناوری برای ایجاد ایمپلنت مغز برای کاربردهای بالینی هستیم."
 
مایکل بروچاس ، استاد بیهوشی و پزشکی درد و فارماکولوژی دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن ، گفت: این فناوری از بسیاری جهات به محققان کمک می کند.
 
وی گفت: "این به ما اجازه می دهد تا اساس پایه ای عصبی رفتار را بهتر کالبد شکافی کنیم ، و اینکه چگونه تعدیل کننده های عصبی ویژه در مغز، رفتار را به راه های مختلف تنظیم می کنند." "ما همچنین مایل به استفاده از این دستگاه برای مطالعات پیچیده دارویی هستیم که می تواند به ما در توسعه داروهای جدید برای درد ، اعتیاد و اختلالات عاطفی کمک کند."
 
محققان گروه جئونگ در KAIST الکترونیک نرم را برای دستگاههای پوشیدنی و قابل کاشت ایجاد می کنند ، و دانشمندان علوم اعصاب در آزمایشگاه بروچاس در دانشگاه واشنگتن مدارهای مغزی را مطالعه می کنند که استرس ، افسردگی ، اعتیاد ، درد و سایر اختلالات عصبی روانی را کنترل می کنند. دانشمندان علوم اعصاب مدارهای مغزی را مطالعه می کنند که استرس ، افسردگی ، اعتیاد ، درد و سایر اختلالات عصبی روانی را کنترل می کنند. این تلاش مشترک جهانی در بین مهندسان و متخصصان علوم اعصاب طی مدت سه سال متوالی و دهها تکرار طراحی منجر به اعتبارسنجی موفقیت آمیز این ایمپلنت مغز قدرتمند در موش های آزاد در حال حرکت شد که محققان معتقدند می توانند واقعاً سرعت کشف مغز و بیماریهای آن را تسریع کنند.
 

محققان یک ایمپلنت جمجمه‌ای شفاف چاپ سه بعدی شده منحصر به فرد را برای موش ها ایجاد کرده اند که فرصتی برای تماشای فعالیت کل سطح مغز به صورت بلادرنگ فراهم می آورد. این دستگاه امکان تحقیقات بنیادی مغز را فراهم می کند که می تواند بینش جدیدی در مورد شرایط مغز انسان مانند بیماری های ضربه مغزی ، آلزایمر و پارکینسون فراهم کند.
    
این تحقیق در مجله ارتباطات طبیعت منتشر شده است. محققان همچنین قصد دارند این وسیله را تجاری کنند که آنها آن را See-Shell می نامند.
 
دکتر سوهاسا کوداندارامایا، مؤلف همکار این مطالعه و استادیار مهندسی مکانیک در دانشکده علوم و مهندسی مینه سوتا ، گفت: "کاری که ما در تلاش هستیم انجام دهیم این است که ببینیم آیا می توانیم در مدت زمان طولانی با بخشهای بزرگی از سطح مغز موش موسوم به "قشر مغز" تجسم و تعامل کنیم. این به ما اطلاعات جدیدی در مورد نحوه عملکرد مغز انسان می دهد." "این فناوری به ما امکان می دهد تا با کنترل و دقت بی سابقه اکثر قشر را در حال عمل ببینیم در حالی که قسمت های معینی از مغز تحریک می شود."
 
منبع: علوم سلامتی دانشگاه واشنگتن / پزشکی دانشگاه واشنگتن