این امواج به نوعی به همان شکل پخش میشوند که موجی از طرفداران در یک استادیوم فوتبال شکل میگیرد، یعنی بلند شدن و نشستن طرفداران به شکلی هماهنگ.
ولی باید انسان مواظب باشد تا امواج فعالیت قلب مشکلی نداشته باشند.
“گیل باب” میگوید یک موج به عنوان مثال گاهی اوقات به شکل مارپیچی به خودش بر میگردد. انگار یک سگ دارد دنبال دم خودش میکند. او یک بیوفیزیکدان در دانشگاه آکسفورد انگلستان است و فیزیکِ عملکردهای زیستی بویژه عملکردهای قلب را مطالعه میکند. چنین امواج مارپیچی که به خودشان بر میگردند میتوانند باعث تپش سریع قلب شوند و چنین چیزی میتواند کشنده باشد.
دستگاههای پزشکی یا الکتریکی میتوانند ضربان قلب یک فرد را ریست کنند -یا گاهی اوقات کنترل آن را بر عهده گیرند- گرچه استفاده از چنین روشهایی عملاً باعث تکان دادن کل قلب میشود. حالا ولی، روشی جدید وجود دارد که میتواند ضرباهنگ درست کنترل امواج در ماهیچههای سازندهی قلب شما را تنظیم کنید.
به گزارش علمنا،“باب” توضیح میدهد که ما راهی را برای استفاده از نور برای کنترل امواج به شیوهای که قبلاً انجام نشده است کشف کردهایم. برای انجام آن، این گروه در دانشگاه آکسفورد با مهندس زیست پزشکی “امیلیا انچوا” و همکاران او در دانشگاه Stony Brook در نیویورک همکاری داشتهاند.
این دو تیم تحقیقاتی از یک تکنولوژی نسبتاً جدید به اسم اپتوژنتیک (اپتو اشاره به نور دارد) استفاده کردهاند. ژنتیک در رابطه با دستورات زیستی در سلولهای ما است. این تکنولوژی از نور برای روشن کردن اعمال برنامه‌ریزی شده به صورت زیستی در سلولها یا خاموش کردن آنها استفاده میکند.
تاکنون، اکثر افرادی که در این زمینه کار کردهاند تمرکز بر مغز و سیستم عصبی داشتهاند. در میان آنها “کیت بونین”، پزشکی در نیویورک‌سیتی قرار دارد.
او از اپتوژنتیک برای مطالعهی سلولهای مغزی به اسم نورونها استفاده کرده است. سیگنالهای الکتریکی که از میان سلولهای عصبی سفر میکنند باعث آزادسازی مواد شیمیایی میشوند که پیامها را به نورونهای مجاور ارسال میکند.
سلولهای ماهیچهای در قلب نیز سیگنالهای الکتریکی تولید میکنند. گرچه این سیگنال به شیوهای متفاوت از سلولی به سلول دیگر میروند (به شکل امواج). “بونین” میگوید کار با سلولهای ماهیچهای قلب یک استفادهی جالب جدید از ابزار اپتوژنتیک است.
نحوهی عمل این تکنیک
در آزمایشگاه، گروه “باب” سلولهای معمولی‌ای از ماهیچهی قلب یک موش رشد دادند. این سلولها به طور نرمال با همدیگر رشد کرده و بافت قلبی را شکل میدهند. ولی دانشمندان به آنها چیزی اضافه کردند، ویروسی که در آزمایشگاه “انچوا” توسعه داده شده بود. او و گروهش ویروس را به نحوی مهندسی کرده بودند که ژنهای سلولهای قلبی را تغییر دهد. آن تغییر حالا به نور آبی اجازه میدهد که کانالهای شبه دروازهای را در سلولها، دیوارههای خارجی، یا غشاها، باز کند.
کانالها به ورود اتمهای باردار به اسم یونها اجازه میدهند. این یونها، که اکثراً از سدیم به علاوهی مقداری کلسیم هستند دارای بار مثبت میباشند و در نتیجه، کاتیون نامیده میشوند. زمانی که به مقدار کافی از آنها به درون سلول ریزش داشته باشد، یک جریان الکتریکی شروع به جریان یافتن میکند. اگر این جریان به اندازهی کافی قوی شود، شروع کنندهی فرایندهایی در سلول است. این فرآیندها منجر به یک اوج الکتریکی به اسم یک پتانسیل عمل میشوند. سلول با منقبض شدن پاسخ میدهد.
این پتانسیل عمل همچنین شروع کنندهی یک موج از فعالیت است که به سلولهای دیگر پخش میشود. آن سلولها در عوض، فرآیندهایی را طی میکنند که منجر به فعالیت الکتریکی شده و باعث منقبض شدن هر سلول میشود. این موج از فعالیت چیزی است که اجازه به منقبض شدن قلب به شکل هماهنگی میدهد.
محققان با استفاده از یک پروژکتور کنترل شده توسط کامپیوتر، نور آبی را از طریق یک کابل ساخته شده از فیبرهای اپتیکال به درون اندکی از سلولهای قلبی تاباندند. این امر منجر به شکل‌گیری جریانی از یونها شد و تغییرات بسیار دقیقی در هدف و شدّت نور توانست امواج الکتریکی را تحت تاثیر قرار دهد.
“باب” میگوید “ما میتوانیم جهت امواج را کنترل کنیم. ما میتوانیم سرعت آنها را تحت اختیار داشته باشیم.” این تکنیک حتّی میتواند باعث تغییر چرخش یک موج مارپیچی شود که به خاطر chirality (اهمیت تقارن) که دارد شناخته شده است. در بافت قلبی، یک موج میتواند گردشی در جهت عقربههای ساعت یا خلاف آن داشته باشد، یعنی به سمت راست و چپ. و اگر نور آبی بر روی تمامی سلولهای تحت تاثیر یافته تابانده شود میتواند تمامی موجهای فعلی را با هم از کار بیاندازد.
در آینده
“باب” میگوید: “استفاده از اپتوژنتیک راهی عالی برای انجام آزمایشهایی که قبلاً نمیتوانستیم انجام دهیم در اختیار ما میگذارد. راهی جالب برای کنترل نحوهی شکل‌گیری موجها در پیش روی ما قرار میدهد تا بتوانیم الگوهای کلی که از آن شکل میگیرد را درک کنیم.”
این تکنیک همچنین به محققان اجازه میدهد که موجهای عبوری از میان بافت قلبی را با موجهای دیگر در سایر بافتها یا سلولها مقایسه کنند. به عنوان مثال، امواج مشابهی را میتواند در شبکیهی چشم و مغز دید. موجهای در حال حرکت نیز در سیستمهای فیزیکی (نظیر بادها) و بعضی از واکنشهای شیمیایی رخ میدهند.
در چند دههی آینده، اپتوژنتیک ممکن است حتّی منجر به شکل‌گیری راههایی تازه برای درمان بیماری قلبی شود. دکترها معمولا با تغییر ژنها در افراد یا تغییر نحوهی عملکرد آنها بیماری را درمان نمیکنند. کار در راستای این امور ژن درمانی نامیده میشود. تمرکز آن اساساً بر بیماریهایی است که در حال حاضر غیرقابل درمان هستند.
گرچه، ژن درمانی میتواند در آینده بسیار متداول شود. اگر چنین امری رخ دهد، پس شاید دکترها بتوانند قسمتهای آسیب دیده از قلب بیماران را حساس به نور سازند. سپس، دکترها میتوانند از اپتوژنتیک برای تنظیم ضربان قلب بیمار استفاده کنند.
در نهایت استفاده از این روش میتواند به معنی درمان امن‌تر و با درد کمتر به نسبت مواردی نظیر شوک الکتریکی یا جراحی برای کاهش دستگاههای تنظیم ضربان قلب (که در نهایت فرسوده میشوند) باشد. ولی “باب” اضافه میکند که راهی طولانی برای رسیدن به آنجا باید طی شود.
“بونین” با این قضیه موافقت میکند که بسیاری از سوالها باید حل شوند. به عنوان مثال او میگوید: “آیا این روش جدید میتواند حرکت ماهیچهها را به همان شیوهای که قلب انجام میدهد، کنترل کند؟ توانایی تولید حرکت مکانیکی واقعی که بتواند تقلیدکنندهی بافت واقعی باشد میتواند یک گام مهم در آینده باشد.”
دیگر بافتها، یادگیری نحوهی تغییر سلولهای ماهیچهی قلبی در یک بیمار زنده را در خود لحاظ میکنند. برای انجام آن، مهندسان زیست-شیمی ابتدا باید سر در بیاورند که چطور و چه زمان نور را به آن دسته از سلولها به شیوهای دقیق بتابانند. “باب” اشاره میکند که مسائل متعدّد شیمیایی، عملی و اخلاقی دیگر وجود دارد که باید مَدِّ نظر گرفته شود.
فعلاً، از این تکنیک میتوان در رابطه با درک نحوهی عملکرد قلب استفاده کرد.