مواد و ساخت پیشرفته

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه آریزونای آمریکا توانسته است دستگاهی تولید کند که به صورت بی سیم و بدون باتری شدت و فرکانس نور تابیده شده به سلول‌های عصبی را به منظور کنترل عملکرد مغز کنترل می‌کند. این دستگاه مینیاتوری که برای تحقیقات اپتوژنتیک مناسب است قابلیت ایمپلنت شدن در زیر پوست سر را داشته و به محققین اجازه می‌دهد تا نقاط مختلف در مغز را به راحتی و به صورت کنترل از راه دور نوردهی و تحریک کنند.

محققین می‌گویند که نوع قبلی دستگاه ساخته شده که بسیار کوچک است، غیر فعال بوده و امکان هرگونه کنترل فعال یا برنامه ریزی را نداشت. دستگاه جدید دارای تغییراتی در طراحی مدارات مجتمع و طراحی آنتن به منظور انتقال توان بی سیم بوده و قابلیت کنترل کامل و برنامه ریزی را دارد. این ایمپلنت ها، دارای قابلیت شارژ از طریق میدان مغناطیسی خارجی بوده و از نمونه‌های قبلی به طور محسوس سنگین‌تر یا بزرگتر نیستند.
در آنتن‌های قبلی، وابسته به موقعیت و جهت سر حیوان، قدرت سیگنال تغییر می‌کرد ولی در طراحی جدید به منظور رفع این مشکل از دو آنتن استفاده شده و قابلیت شارژ بهتری هم دارد. این سیستم قابلیت کنترل دیجیتال در شدت و فرکانس نور تابشی را دارد و به محققین این امکان را می‌دهد که نور دقیقا روی چه مقدار از مغز تاثیر داشته باشد. هرچه نور بیشتر باشد به نقاط دورتری نیز خواهد رسید. این دستگاه قابلیت کنترل در گرمای حاصل از چشمه‌های نور را داشته و بنابراین سلول‌های عصبی به صورت اتفاقی توسط گرما فعال نخواهند شد. همچنین قابلیت تحریک نقاط مختلف و چندگانه در مغز حیوان مورد نظر را، بر خلاف نمونه قبل دارد.
این محققین نشان داده‌اند که حیوانی که دستگاه در سر آن ایمپلنت شده می¬تواند به راحتی و آزادانه توسط MRI و CT تصویربرداری شود. همچنین دستگاه میتواند به راحتی و با روش های مرسوم جراحی در سر ایمپلنت شود. مزیت این روش آن است که تاثیر منفی روی نمونه (حیوان) نداشته و با گذر زمان عملکرد خود را از دست نمی¬دهد.
در تصویر زیر نتایج بدست آمده از ترکیب MRI و CT که به صورت سه بعدی بازسازی شده، آورده شده است.

دستگاه جدید می‌تواند انتخاب های حاضر محققیق اپتوژنتیک را در زمینه هایی مانند کنترل شدت یا کاربردهای چند منظوره گسترده تر کند و پتانسیل استفاده در تحقیقات علوم اعصاب و بویژه تشریح دقیقتر عملکرد مدارات عصبی در مطالعات رفتاری را داراست.
در سال‌های اخیر، محققین کشورمان، تحقیقات در زمینه اپتوژنتیک و علوم اعصاب را شروع کرده و به نتایج قابل توجهی دست یافته‌اند. به گفته این محققین، ساخت تجهیزات نوردهی اپتوژنتیک که به صورت بی سیم قابلیت اتصال روی سر حیوان را داشته باشد مراحل اولیه طراحی و ساخت خود را پشت سر گذاشته و در آینده‌ای نزدیک شاهد سیستم‌های کنترل نوردهی در اپتوژنتیک خواهیم بود. لازم به ذکر است اپتوژنتیک کاربردهای دیگری ازجمله در درمان مشکلات سلول‌های عصبی شبکیه و کنترل ضربان قلب را داراست.
این تحقیق در مجله Nature به چاپ شده است.
منبع خبر:
Photonics.com/Articles/Optogenetics Device Provides Targeted Control