نور می‎تواند امواج بافت قلبی را کنترل کند

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.

No tags for this post.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا