انقلاب در ردیابی داروهای مغزی با تصویربرداری با لیزر

تیم تحقیقاتی موسسه فناوری ماساچوست با بهره‌گیری از رفتار غیرمنتظره نور لیزر، تکنیکی ابداع کردند که مسیر ورود داروها به بافت مغز را زنده و با سرعت بالا نمایش می‌دهد. این دستاورد می‌تواند پارادایم مطالعه زیستی و توسعه داروهای عصبی را متحول کند.

به گزارش سیناپرس، پژوهشگران با کشف رفتار غیرمنتظره در نور لیزر روشی ابداع کرده‌اند که می‌تواند حرکت دارو‌ها در مغز را با سرعت و دقتی بی‌سابقه و به‌صورت لحظه‌ای تصویربرداری کند.

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) به یک کشف غیرمنتظره در حوزه فیزیک نور دست یافته‌اند که می‌تواند مسیر تصویربرداری زیستی و مطالعه ورود دارو‌ها به مغز را متحول کند. این تیم نشان داده است که یک پرتو لیزر نامنظم تحت شرایط خاص می‌تواند خودبه‌خود به یک پرتو بسیار باریک، پایدار و متمرکز تبدیل شود؛ پدیده‌ای که پیش‌تر در این سطح از کنترل و پایداری، پیش‌بینی نشده بود.

تبدیل آشوب نور به پرتوی مدادی

به گزارش ساینس دیلی، در حالت عادی افزایش توان لیزر در فیبر‌های نوری چندحالته باعث ایجاد آشفتگی و پراکندگی بیشتر نور می‌شود، اما در آزمایش‌های جدید MIT زمانی که توان لیزر به حد بحرانی نزدیک شد به جای آشفتگی نور به شکلی غیرمنتظره سازمان‌دهی شد و یک پرتو بسیار باریک و دقیق شبیه مداد نور ایجاد کرد.

به گفته پژوهشگران این پدیده زمانی رخ می‌دهد که دو شرط کلیدی همزمان برقرار باشد:

اول، ورود نور به فیبر باید با زاویه کاملا صفر و هم‌راستا انجام شود.

دوم، توان لیزر باید به سطحی برسد که نور به‌طور مستقیم با ساختار شیشه‌ای فیبر وارد برهم‌کنش غیرخطی شود.

در این وضعیت بحرانی یک تعادل میان بی‌نظمی ذاتی فیبر و اثرات غیرخطی نور شکل می‌گیرد و نتیجه آن شکل‌گیری پرتو بسیار پایدار و متمرکز است.

تصویربرداری سریع از سد خونی–مغزی

این فناوری جدید بلافاصله در حوزه زیست‌پزشکی آزمایش شد به‌ویژه برای تصویربرداری از سد خونی مغزی؛ ساختاری بسیار مهم که از ورود بسیاری از مواد به مغز جلوگیری می‌کند اما هم‌زمان عبور دارو‌ها را نیز محدود می‌سازد.

با روش‌های سنتی تصویربرداری از این ناحیه معمولا به صورت برش‌های دوبعدی و مرحله‌به‌مرحله انجام می‌شود که زمان‌بر است، اما در روش جدید پژوهشگران توانستند تصاویر سه‌بعدی با وضوح بالا را حدود ۲۵ برابر سریع‌تر از روش‌های استاندارد ثبت کنند.

این فناوری همچنین امکان مشاهده زنده و لحظه‌ای ورود دارو‌ها به سلول‌ها را فراهم می‌کند؛ قابلیتی که می‌تواند در ارزیابی دارو‌های مرتبط با بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و ALS اهمیت زیادی داشته باشد، زیرا مشخص می‌کند آیا دارو واقعا به مغز می‌رسد یا نه.

بدون نیاز به نشانگر‌های فلورسنت

یکی از نکات مهم این روش آن است که برخلاف بسیاری از تکنیک‌های تصویربرداری زیستی نیازی به برچسب‌گذاری فلورسنت روی سلول‌ها یا مولکول‌ها ندارد. این موضوع باعث می‌شود فرآیند مشاهده طبیعی‌تر و نزدیک‌تر به شرایط واقعی بدن انسان باشد.

راجر کام از MIT و از نویسندگان این مطالعه توضیح می‌دهد که این فناوری می‌تواند برای صنعت داروسازی بسیار ارزشمند باشد زیرا مدل‌های انسانی دقیق‌تری برای بررسی عبور دارو از سد خونی–مغزی فراهم می‌کند؛ موضوعی که در مدل‌های حیوانی همیشه قابل پیش‌بینی نیست.

عبور از محدودیت‌های قدیمی تصویربرداری

پژوهشگران تاکید می‌کنند که این روش یک محدودیت بنیادی در تصویربرداری نوری را نیز برطرف می‌کند: تعادل میان وضوح تصویر و عمق میدان دید. در روش جدید پرتو باریک اما پایدار باعث می‌شود بتوان همزمان هم وضوح بالا داشت و هم عمق تصویربرداری بیشتر. نتیجه این ویژگی تولید تصاویر سه‌بعدی با کیفیت بالاتر و سرعت بسیار بیشتر است.

به نقل از برنا، تیم MIT اعلام کرده است که در ادامه قصد دارد فیزیک دقیق این پدیده خودسازمان‌دهی نور را بیشتر بررسی کند و همچنین کاربرد‌های آن را گسترش دهد؛ از جمله تصویربرداری از نورون‌های مغزی و توسعه فناوری‌های تجاری در حوزه پزشکی.

این پژوهش در مجله علمی معتبر Nature Methods منتشر شده و می‌تواند آغازگر نسل جدیدی از فناوری‌های تصویربرداری زیستی باشد که در آن نور به جای ابزار پیچیده اپتیکی به صورت خودکار رفتار خود را تنظیم می‌کند.