یک عکس ، یک نوزاد وزغ در حال رشد را با یک رشد گرد شده روی دمش نشان می دهد. رشد، یک چشم قورباغه‌ای در حال توسعه بود که بر روی قسمت پشتی نوزاد وزغ پیوند زده شد و با استفاده از سیگنال های بیوالکتریکی ترغیب شد که به یک چشم عملکردی تبدیل شود.
کُره روی دم این نوزاد قورباغه در واقع یک چشم قورباغه در حال توسعه است. دانشمندان با در معرض قرار دادن بافت کاشته شده در برابر داروهای انتقال دهنده عصبی خاص ، قادر به ترغیب بافت عصبی برای رشد کردن از آن بودند. این به طور موفقیت آمیزی مربوط است به توسعه نخاع نوزاد قورباغه ، که اطلاعات بصری را به مغز ارسال می کند و اجازه می دهد نوزاد قورباغه که در غیر این صورت کور می‌بود ببیند.
اعتبار: مرکز ALLEN DISCOVERY ، دانشگاه توفتس
در اوایل قرن نوزدهم ، ماهیت برق برای دانشمندان به صورت رمز و راز باقی مانده بود. آزمایش های این دوره نشان داد که یک بارقه می تواند عضلات قورباغه های مرده را منقبض کند و یا حتی اجساد انسان را به تشنج وا دارد – آذوقه‌ای فوق طبیعی که ممکن است الهام بخش رمان مشهور مری شلی ، فرانکنشتاین ، بوده باشد. اکنون بیش از 200 سال بعد ، تمام راه هایی که الکتریسیته در بدن انسان عمل می کند هنوز کاملاً فهمیده نشده است. با این حال روشن است که سیگنالهای برقی نقش مهمی در رشد اولیه بدن دارند.
دانشمندانی مانند مایکل لوین از دانشگاه توفتس کشف کرده اند که بارهای سلولی چگونگی و جایی که یک ساختار در یک رشد جنینی شکل می گیرد را کنترل می کنند. حتی تعجب آورتر ، او متوجه شد که فقط با تغییر الگوی ولتاژ سلول های آن می توان فرم های بدنی جنین را دستکاری کرد.
با استفاده از این تکنیک اساسی ، لوین و همکارانش با موفقیت چشم های سوم در حال کاری را روی قسمت پشتی نوزادهای وزغ و قورباغه رشد داده اند. آنها با جلوگیری از تشکیل ساختارهای عصبی اصلی ، آسیب مغزی در جنین های قورباغه ایجاد کرده اند - و با تغییر بار الکتریکی سلول های در حال توسعه مغز ، این آسیب را برعکس کردند. اگر چه این کار هنوز به شدت آزمایشی است ، لوین فکر می کند که این کار می تواند تأثیر عمده ای در زمینه های پزشکی ، زیست شناسی و بیوشیمی داشته باشد. سیگنال های بیوالکتریک به عنوان نوعی سوئیچ تنظیم کننده استادانه سطح بالا کار می کنند. او روزی را تصور می کند که از بیو الکتریسیته برای معکوس کردن نقایص هنگام تولد در رحم ، معالجه سرطان یا حتی رشد اندام های جدید بر روی قطع عضوی ها استفاده می شود.
لوین ، مدیر مرکز آلن دیسکاوری در توفتس و مؤلف همکار یک مقاله در نشریه بررسی سالانه مهندسی زیست پزشکی 2017 در این موضوع ، اخیراً با مجله نواَبِل در مورد وضعیت تحقیقات بیوالکتریک و افکار خود در مورد چشم اندازهای آینده آن صحبت کرده است.
کُره روی دم این نوزاد قورباغه در واقع یک چشم قورباغه در حال توسعه است. دانشمندان با در معرض قرار دادن بافت کاشته شده در برابر داروهای انتقال دهنده عصبی خاص ، قادر به ترغیب بافت عصبی برای رشد کردن از آن بودند. این به طور موفقیت آمیزی مربوط است به توسعه نخاع نوزاد قورباغه ، که اطلاعات بصری را به مغز ارسال می کند و اجازه می دهد نوزاد قورباغه که در غیر این صورت کور می‌بود ببیند.
اعتبار: مرکز ALLEN DISCOVERY ، دانشگاه توفتس
در اوایل قرن نوزدهم ، ماهیت برق برای دانشمندان به صورت رمز و راز باقی مانده بود. آزمایش های این دوره نشان داد که یک بارقه می تواند عضلات قورباغه های مرده را منقبض کند و یا حتی اجساد انسان را به تشنج وا دارد – آذوقه‌ای فوق طبیعی که ممکن است الهام بخش رمان مشهور مری شلی ، فرانکنشتاین ، بوده باشد. اکنون بیش از 200 سال بعد ، تمام راه هایی که الکتریسیته در بدن انسان عمل می کند هنوز کاملاً فهمیده نشده است. با این حال روشن است که سیگنالهای برقی نقش مهمی در رشد اولیه بدن دارند.
دانشمندانی مانند مایکل لوین از دانشگاه توفتس کشف کرده اند که بارهای سلولی چگونگی و جایی که یک ساختار در یک رشد جنینی شکل می گیرد را کنترل می کنند. حتی تعجب آورتر ، او متوجه شد که فقط با تغییر الگوی ولتاژ سلول های آن می توان فرم های بدنی جنین را دستکاری کرد.
با استفاده از این تکنیک اساسی ، لوین و همکارانش با موفقیت چشم های سوم در حال کاری را روی قسمت پشتی نوزادهای وزغ و قورباغه رشد داده اند. آنها با جلوگیری از تشکیل ساختارهای عصبی اصلی ، آسیب مغزی در جنین های قورباغه ایجاد کرده اند - و با تغییر بار الکتریکی سلول های در حال توسعه مغز ، این آسیب را برعکس کردند. اگر چه این کار هنوز به شدت آزمایشی است ، لوین فکر می کند که این کار می تواند تأثیر عمده ای در زمینه های پزشکی ، زیست شناسی و بیوشیمی داشته باشد. سیگنال های بیوالکتریک به عنوان نوعی سوئیچ تنظیم کننده استادانه سطح بالا کار می کنند. او روزی را تصور می کند که از بیو الکتریسیته برای معکوس کردن نقایص هنگام تولد در رحم ، معالجه سرطان یا حتی رشد اندام های جدید بر روی قطع عضوی ها استفاده می شود.
لوین ، مدیر مرکز آلن دیسکاوری در توفتس و مؤلف همکار یک مقاله در نشریه بررسی سالانه مهندسی زیست پزشکی 2017 در این موضوع ، اخیراً با مجله نواَبِل در مورد وضعیت تحقیقات بیوالکتریک و افکار خود در مورد چشم اندازهای آینده آن صحبت کرده است.
از نظر زیست شناسی ، "سیگنال الکتریکی" در واقع به چه معنی است؟
خوب ، در غشایی که هر سلول را احاطه کرده است ، پروتئین های جاسازی شده‌ای وجود دارد که می توانند یون ها - اتم های بار دار شده - را به درون و خارج از سلول جا به جا کنند، یون هایی مانند پتاسیم ، کلرید ، سدیم ، پروتون و غیره. و به ناچار ، اگر یون های باردار بیشتری را به یک طرف یک غشا اضافه کنید ، یک پتانسیل الکتریکی را از این سو به آن سوی آن سطح سلولی ایجاد خواهید کرد. این در واقع اتفاقی است که در باتری می افتد ، در جایی که یک طرف باتری دارای بار الکتریکی متفاوتی نسبت به طرف دیگر است.
به نظر می رسد که سلول ها در واقع می توانند از این بارها برای برقراری ارتباط استفاده کنند. این سیگنال ها بسیار کندعمل‌تر از تکانه هایی هستند که عادت کرده ایم در سیستم عصبی در مورد آنها بشنویم - در آن جا ، شما در مورد مقیاس های زمانی میلی ثانیه برای جریان اطلاعات صحبت می کنید ، اما در بیوالکتریسیته توسعه‌ای ، شما در مورد دقایق یا حتی ساعت ها صحبت می کنید. اما درنهایت ، پتانسیل الکتریکی بین سلول ها می تواند تعیین کند که چگونه بافت ها یا ساختارهای معینی توسعه یابد.
به نظر می رسد که سلول ها در واقع می توانند از این بارها برای برقراری ارتباط استفاده کنند. این سیگنال ها بسیار کندعمل‌تر از تکانه هایی هستند که عادت کرده ایم در سیستم عصبی در مورد آنها بشنویم - در آن جا ، شما در مورد مقیاس های زمانی میلی ثانیه برای جریان اطلاعات صحبت می کنید ، اما در بیوالکتریسیته توسعه‌ای ، شما در مورد دقایق یا حتی ساعت ها صحبت می کنید. اما درنهایت ، پتانسیل الکتریکی بین سلول ها می تواند تعیین کند که چگونه بافت ها یا ساختارهای معینی توسعه یابد.
این سیگنالهای الکتریکی دقیقاً چگونه بر رشد در بدن تأثیر می گذارند؟
سیگنال های بیوالکتریک به عنوان نوعی سوئیچ تنظیم کننده استادانه سطح بالا کار می کنند. توزیع فضایی آنها در سراسر بافت ها و شدت آن به منطقه ای از رویان می گوید ، خوب ، شما قرار است یک چشم باشید ، یا شما قرار است یک مغز با اندازه خاصی باشید ، یا شما قرار است یک اندام باشید ، یا شما قرار است به سمت چپ بدن بروید ، یا از این نوع چیزها.
شما واقعاً می توانید آنها را در حال شکل گیری در جنین های قورباغه مشاهده کنید. به عنوان مثال ، رنگ های حساس الکتریکی الگویی را آشکار می سازند که ما آن را "صورت الکتریکی" می نامیم - شیب های الکتریکی در سراسر بافت که طرح بندی می کنند جایی را که تمام قسمت های صورت قرار است بعداً شکل گیرد. این یک داربست ظریف برای ویژگی های اصلی آناتومی است ، در حالی که به نظر می رسد بسیاری از جزئیات محلی توسط سایر فرایندهایی که ممکن است بیوالکتریکی باشند یا نباشد پر می شود. اگر شما آن سیگنال های الکتریکی را در جنین در حال توسعه تغییر دهید ، این می تواند تأثیر عمده ای روی چگونگی و جایی که ساختارهای آن شکل می گیرند داشته باشد.
منبع: دیوید لوین
شما واقعاً می توانید آنها را در حال شکل گیری در جنین های قورباغه مشاهده کنید. به عنوان مثال ، رنگ های حساس الکتریکی الگویی را آشکار می سازند که ما آن را "صورت الکتریکی" می نامیم - شیب های الکتریکی در سراسر بافت که طرح بندی می کنند جایی را که تمام قسمت های صورت قرار است بعداً شکل گیرد. این یک داربست ظریف برای ویژگی های اصلی آناتومی است ، در حالی که به نظر می رسد بسیاری از جزئیات محلی توسط سایر فرایندهایی که ممکن است بیوالکتریکی باشند یا نباشد پر می شود. اگر شما آن سیگنال های الکتریکی را در جنین در حال توسعه تغییر دهید ، این می تواند تأثیر عمده ای روی چگونگی و جایی که ساختارهای آن شکل می گیرند داشته باشد.
منبع: دیوید لوین
