قلب
امواج الکترومغناطیسی در عضله قلب شما به طور مداوم سبب ایجاد ضربان قلب می‌شوند، مگر اینکه مشکلی پیش بیاید. این آزمایش جدید با استفاده از نور می‌تواند الگوهای ناسالم در ضربان قلب را کنترل کند.
محققان روش جدیدی را برای کنترل ضربان قلب نامنظم پیدا کرده‌اند. و در این روش به قلب نور تابانده می‌شود و به معنای واقعی کلمه، قلب پالس نور مرئی را لمس می‌کند.
قلب ما هر روز ده ها هزار بار می‌تپد. سرعت تپش قلب می‌تواند به سرعت تغییر کند اما با توجه به سیگنال‌های الکتریکی که در قلب از طریق سلولی به سلول دیگر حرکت می‌کنند، میزان آن نسبتا منظم باقی می‌ماند.
اما مراقب باشید یک موج حرکتی در ضربان قلب، گاهی اوقات ممکن است به عقب برگردد. گیل بوب یک متخصص بیوفیزیک در دانشگاه آکسفورد در انگلستان، فیزیک توابع زندگی، به ویژه قلب را مطالعه می‌کند. او می‌گوید امواج مارپیچی که بر روی قلب منعکس می‌شوند می‌توانند ضربان قلب را به سرعت افزایش دهند و این می‌تواند مرگبار باشد.
داروها یا دستگاه‌های الکتریکی می‌توانند این اختلال را برطرف کنند یا گاهی اوقات ضربان قلب فرد را برگردانند. با این حال، چنین رویکردهایی اساسا تمام قلب را تحریک می‌کند. اما در حال حاضر، یک روش جدید برای تنظیم دقیق کنترل امواج قلبی در آن عضله ابداع شده است.
بوب توضیح می‌دهد: "آنچه که ما انجام داده‌ایم، راهی برای استفاده از نور برای کنترل این امواج قلبی است که قبلا مشابه آن انجام نشده است. برای انجام این کار، گروه او در آکسفورد با یک مهندس زیست پزشکی به نام امیلیا انتچوا و همکارانش در دانشگاه استونی بروک در نیویورک کار می‌کرد.
این دو تیم محققان با هم، از فن آوری نسبتا جدیدی به نام اپتوژنتیک استفاده کردند. اپتو اشاره به نور دارد. ژنتیک نیز با دستورالعمل‌های بیولوژیکی سلول‌های ما در ارتباط است. این تکنولوژی از نور برای روشن یا خاموش کردن فعالیت‌های برنامه ریزی شده ژنتیکی در سلول‌ها استفاده می‌کند. "کار با سلول‌های عضلانی قلب، یک کاربرد جدید و جالب از اپتوژنتیک است".
تاکنون، اکثر محققان در این زمینه بر روی کار بر مغز و سیستم عصبی تمرکز کرده‌اند. در میان آنها، کیت بونین، فیزیکدان دانشگاه ویکسترز وینستون، از اپتوژنتیک برای مطالعه سلول‌های مغزی به نام نورون استفاده کرده است. سیگنال‌های الکتریکی از طریق این سلول‌های عصبی عبور می‌کنند و باعث آزاد شدن مواد شیمیایی می‌شوند که پیام‌هایی را به نورون‌های مجاور ارسال می‌کنند.
سلول‌های عضلانی قلب نیز سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند. با این حال، این سیگنال‌ها از سلولی به سلول دیگر، با شیوه‌ای متفاوت امواج را منتقل می‌کنند. بونین می‌گوید: "کار با سلول‌های عضلانی قلب، یک کاربرد جدید و جالب از اپتوژنتیک است".
محققان روش جدیدی را برای کنترل ضربان قلب نامنظم پیدا کرده‌اند. و در این روش به قلب نور تابانده می‌شود و به معنای واقعی کلمه، قلب پالس نور مرئی را لمس می‌کند.
قلب ما هر روز ده ها هزار بار می‌تپد. سرعت تپش قلب می‌تواند به سرعت تغییر کند اما با توجه به سیگنال‌های الکتریکی که در قلب از طریق سلولی به سلول دیگر حرکت می‌کنند، میزان آن نسبتا منظم باقی می‌ماند.
اما مراقب باشید یک موج حرکتی در ضربان قلب، گاهی اوقات ممکن است به عقب برگردد. گیل بوب یک متخصص بیوفیزیک در دانشگاه آکسفورد در انگلستان، فیزیک توابع زندگی، به ویژه قلب را مطالعه می‌کند. او می‌گوید امواج مارپیچی که بر روی قلب منعکس می‌شوند می‌توانند ضربان قلب را به سرعت افزایش دهند و این می‌تواند مرگبار باشد.
داروها یا دستگاه‌های الکتریکی می‌توانند این اختلال را برطرف کنند یا گاهی اوقات ضربان قلب فرد را برگردانند. با این حال، چنین رویکردهایی اساسا تمام قلب را تحریک می‌کند. اما در حال حاضر، یک روش جدید برای تنظیم دقیق کنترل امواج قلبی در آن عضله ابداع شده است.
بوب توضیح می‌دهد: "آنچه که ما انجام داده‌ایم، راهی برای استفاده از نور برای کنترل این امواج قلبی است که قبلا مشابه آن انجام نشده است. برای انجام این کار، گروه او در آکسفورد با یک مهندس زیست پزشکی به نام امیلیا انتچوا و همکارانش در دانشگاه استونی بروک در نیویورک کار می‌کرد.
این دو تیم محققان با هم، از فن آوری نسبتا جدیدی به نام اپتوژنتیک استفاده کردند. اپتو اشاره به نور دارد. ژنتیک نیز با دستورالعمل‌های بیولوژیکی سلول‌های ما در ارتباط است. این تکنولوژی از نور برای روشن یا خاموش کردن فعالیت‌های برنامه ریزی شده ژنتیکی در سلول‌ها استفاده می‌کند. "کار با سلول‌های عضلانی قلب، یک کاربرد جدید و جالب از اپتوژنتیک است".
تاکنون، اکثر محققان در این زمینه بر روی کار بر مغز و سیستم عصبی تمرکز کرده‌اند. در میان آنها، کیت بونین، فیزیکدان دانشگاه ویکسترز وینستون، از اپتوژنتیک برای مطالعه سلول‌های مغزی به نام نورون استفاده کرده است. سیگنال‌های الکتریکی از طریق این سلول‌های عصبی عبور می‌کنند و باعث آزاد شدن مواد شیمیایی می‌شوند که پیام‌هایی را به نورون‌های مجاور ارسال می‌کنند.
سلول‌های عضلانی قلب نیز سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند. با این حال، این سیگنال‌ها از سلولی به سلول دیگر، با شیوه‌ای متفاوت امواج را منتقل می‌کنند. بونین می‌گوید: "کار با سلول‌های عضلانی قلب، یک کاربرد جدید و جالب از اپتوژنتیک است".
این روش چگونه کار می‌کند
در آزمایشگاه گروه بوب، سلول‌های طبیعی از عضله قلب یک موش رشد داده شد. این سلول‌ها به طور طبیعی رشد می‌کنند تا بافت قلب را ایجاد کنند. اما دانشمندان چیزی به آن اضافه کردند - یک ویروس نیز در آزمایشگاه انتچوا کشت داده شد. او و گروهش این ویروس را برای تغییر ژن سلول‌های قلب طراحی کردند. این تغییر اکنون اجازه می‌دهد نور آبی برای باز کردن کانال‌های دیواره‌های خارجی و یا غشای سلول‌های قلبی قابل استفاده باشد.
این کانال‌ها به اتم‌های باردار که یون‌ها نامیده می‌شوند، اجازه ورود می‌دهند. این یون‌ها، اغلب از سدیم و بعضی از آنها از کلسیم، که دارای بار مثبت هستند استفاده می‌کنند و بنابراین آنها کاتیون نامیده می‌شوند. هنگامی که این یون‌ها به اندازه کافی جریان می‌یابند، یک جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. اگر این جریان به اندازه کافی قدرتمند باشد، باعث می‌شود که پروسه‌هایی در سلول اتفاق بیفتد. این فرایندها با یک سنسور الکتریکی قابل اندازه گیری هستند که به عنوان یک پتانسیل عمل شناخته می‌شوند.
پتانسیل عمل همچنین موج حرکتی را که به سایر سلول‌ها گسترش می‌یابد را خاموش می‌کند. این سلول‌ها به نوبه خود از طریق فرایندهایی که منجر به فعالیت الکتریکی می‌شوند، باعث می‌شوند که هر سلول به حالت تعلیق درآید. موجی از فعالیت چیزی است که به قلب اجازه می‌دهد تا ضربان منظمی داشته باشد.
محققان با استفاده از یک پروژکتور کنترل شده توسط کامپیوتر، نور آبی را از طریق کابل ساخته شده از فیبرهای نوری بر روی چند سلول قلب تاباندند و مشاهده کردند که تغییرات بسیار دقیق در سلول‌های هدف و قدرت نور می‌تواند موج‌های الکتریکی قلب را تحت تاثیر قرار دهد.
بوب می‌گوید: "ما می‌توانیم جهت این امواج را کنترل کنیم". "ما می‌توانیم سرعت آنها را نیز کنترل کنیم." این تکنیک حتی می‌تواند موج چرخش مارپیچی را نیز تغییر دهد که همچنین به عنوان کایرالیتی (Ky-RAAL-ih-tee) شناخته می‌شود. در بافت قلبی، این موج می‌تواند در جهت عقربه‌های ساعت و یا در جهت خلاف عقربه‌های ساعت باشد.
این کانال‌ها به اتم‌های باردار که یون‌ها نامیده می‌شوند، اجازه ورود می‌دهند. این یون‌ها، اغلب از سدیم و بعضی از آنها از کلسیم، که دارای بار مثبت هستند استفاده می‌کنند و بنابراین آنها کاتیون نامیده می‌شوند. هنگامی که این یون‌ها به اندازه کافی جریان می‌یابند، یک جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. اگر این جریان به اندازه کافی قدرتمند باشد، باعث می‌شود که پروسه‌هایی در سلول اتفاق بیفتد. این فرایندها با یک سنسور الکتریکی قابل اندازه گیری هستند که به عنوان یک پتانسیل عمل شناخته می‌شوند.
پتانسیل عمل همچنین موج حرکتی را که به سایر سلول‌ها گسترش می‌یابد را خاموش می‌کند. این سلول‌ها به نوبه خود از طریق فرایندهایی که منجر به فعالیت الکتریکی می‌شوند، باعث می‌شوند که هر سلول به حالت تعلیق درآید. موجی از فعالیت چیزی است که به قلب اجازه می‌دهد تا ضربان منظمی داشته باشد.
محققان با استفاده از یک پروژکتور کنترل شده توسط کامپیوتر، نور آبی را از طریق کابل ساخته شده از فیبرهای نوری بر روی چند سلول قلب تاباندند و مشاهده کردند که تغییرات بسیار دقیق در سلول‌های هدف و قدرت نور می‌تواند موج‌های الکتریکی قلب را تحت تاثیر قرار دهد.
بوب می‌گوید: "ما می‌توانیم جهت این امواج را کنترل کنیم". "ما می‌توانیم سرعت آنها را نیز کنترل کنیم." این تکنیک حتی می‌تواند موج چرخش مارپیچی را نیز تغییر دهد که همچنین به عنوان کایرالیتی (Ky-RAAL-ih-tee) شناخته می‌شود. در بافت قلبی، این موج می‌تواند در جهت عقربه‌های ساعت و یا در جهت خلاف عقربه‌های ساعت باشد.
برنامه‌هایی برای آینده
باب می‌گوید: "اپتوژنتیک" امکان یک روش عالی برای انجام آزمایشات را به ما می‌دهد که قبلا نمی توانستیم انجام دهیم. "این تکنولوژی به ما یک راه بسیار جالب برای کنترل امواج را می‌دهد تا ما بتوانیم الگوهای کلی ایجاد شده را درک کنیم."
این روش همچنین اجازه می‌دهد که محققان امواج بافت قلب را با امواج سایر بافت‌ها و یا گروه‌های سلولی مقایسه کنند. به عنوان مثال، امواج مشابهی را می‌توان در شبکیه چشم و مغز مشاهده کرد. امواج حرکتی در برخی از سیستم‌های فیزیکی (مانند باد) و در برخی واکنش‌های شیمیایی نیز اتفاق می‌افتند.
در بعضی نقاط در چند دهه آینده اپتوژنتیک حتی ممکن است به راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های قلبی منجر شود. پزشکان معمولا با تغییر ژن افراد یا تغییر در نحوه کارکرد آنها، بیماری را درمان نمی‌کنند. کار در زمینه ژن‌ها، ژن درمانی نامیده می‌شود و این روش عمدتا بر بیماری‌هایی متمرکز است که در حال حاضر غیر قابل درمان هستند.
با این حال، ژن درمانی می‌تواند در آینده بیشتر توسعه یابد و در نهایت، این رویکرد ممکن است نسبت به درمان‌های دیگری، مانند شوک الکتریکی یا عمل جراحی برای قرار دادن ایمپلنت‌های ضربان ساز (که در نهایت باید مجددا تعویض شوند)، ایمن تر و کم دردتر باشدد. اما، بوب می‌افزاید که تا رسیدن به این هدف راه طولانی در پیش است.
این روش همچنین اجازه می‌دهد که محققان امواج بافت قلب را با امواج سایر بافت‌ها و یا گروه‌های سلولی مقایسه کنند. به عنوان مثال، امواج مشابهی را می‌توان در شبکیه چشم و مغز مشاهده کرد. امواج حرکتی در برخی از سیستم‌های فیزیکی (مانند باد) و در برخی واکنش‌های شیمیایی نیز اتفاق می‌افتند.
در بعضی نقاط در چند دهه آینده اپتوژنتیک حتی ممکن است به راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های قلبی منجر شود. پزشکان معمولا با تغییر ژن افراد یا تغییر در نحوه کارکرد آنها، بیماری را درمان نمی‌کنند. کار در زمینه ژن‌ها، ژن درمانی نامیده می‌شود و این روش عمدتا بر بیماری‌هایی متمرکز است که در حال حاضر غیر قابل درمان هستند.
با این حال، ژن درمانی می‌تواند در آینده بیشتر توسعه یابد و در نهایت، این رویکرد ممکن است نسبت به درمان‌های دیگری، مانند شوک الکتریکی یا عمل جراحی برای قرار دادن ایمپلنت‌های ضربان ساز (که در نهایت باید مجددا تعویض شوند)، ایمن تر و کم دردتر باشدد. اما، بوب می‌افزاید که تا رسیدن به این هدف راه طولانی در پیش است.
برگرفته از سایت ساینس نیوز فور استیودنتس
