أداة جديدة تدمج بين علم الفيزياء وعلم الأحياء العصبي تسمح بإضاءة الخلايا الدماغية وتحليلها والتحكم فيها!

ابتكر العلماء أداة جديدة تدمج بين علم الفيزياء وعلم الأحياء العصبي وتسمح بإضاءة الخلايا الدماغية وتحليلها وحتى التحكّم فيها! يصبّ هذا الاكتشاف المتطور في خانة علم جديد يُدعى علم الجينات الضوئية. يتمثل حلم علماء الأحياء في مراقبة إشارات تتبادلها مئة مليار خلية عصبية في الدماغ مراقبةً حية. ويبدو أن علماء الفيزياء العاملون في مركز علم البصريات والضوئيات والليزر في جامعة لافال يقتربون شيئاً فشيئاً من تحقيق هذا الحلم. توصل العلماء إلى ابتكار أداة تسمح باقتحام، بطريقة لم يسبق لها مثيل، داخل التعرّجات الدماغية! تُدعى هذه الطريقة «الإلكترود الضوئي»، وتسمح بدراسة كل خلية عصبية على حدة وحتى التحكّم بها بواسطة الضوء. يُعتبر هذا الابتكار ثورة في علم الأحياء العصبي. لفهم هذا الاكتشاف العبقري، لا بد من الإشارة إلى أن الخلايا العصبية تتواصل في ما بينها بواسطة إشارات كهربائية قصيرة، وقد بدأ علماء الأحياء منذ عقود بدراسة هذه الظاهرة بواسطة أنابيب مخبرية زجاجية رفيعة تحتوي على محلول ملحيّ موصل للكهرباء. كانوا يعمدون إلى لصق طرف الأنبوب الصغير بالخلية العصبية لتسجيل التيارات الكهربائية المتولدة على غشاء الخلية. يشرح اختصاصي الآلام المزمنة إيف دي كونيك: «في المقابل، لا توفر هذه التقنية معلومات عن الآليات الداخلية التي تنظّم طريقة عمل الخلية. بالتالي، كنا نحتاج إلى أداة قادرة على التقاط هذه الإشارات المعقّدة بالإضافة إلى النشاط الكهربائي». ليس من السهل التقاط الرسائل التي تتناقلها الخلايا الدماغية لأنه من غير الممكن استخراج بعض الخلايا ووضعها على مخبرة لدراستها. يقول الباحث: «اتصال الخلايا الدماغية ببعضها البعض ضمن حلقة مغلقة يجعل عملية التواصل بينها مسألة مثيرة للاهتمام. بالتالي، لا بد من ايجاد طريقة للدخول إلى الدماغ من دون إلحاق أي ضرر به لمعرفة ما يحدث فيه». تفعيل الآليات الجزئية منذ أربعة إلى خمسة أعوام، ظهر علم جديد استرعى انتباه علماء الأعصاب في العالم كلّه، وهو علم الجينات الضوئية. الدمج بين علم البصريات وعلم الجينات يسمح للعلماء، أكثر من أي وقت مضى، بأن يدرسوا على نحو أفضل الأداء الكيماوي الحيوي للخلايا العصبية الحية الخاصة بالحيوانات المخبرية. لكن على ماذا يقوم هذا العلم الجديد؟ يقوم علم الجينات الضوئية على استعمال الضوء لتفعيل الآليات الجزئية داخل الخلايا العصبية أو كبحها، بفضل بروتينات ضوئية تُدمج في الخلايا اصطناعياً لتؤدي دور «قاطع تيار كهربائي» . مع ذلك، لم يتمكّن العلماء حتى اليوم سوى من إضاءة مجموعات كاملة من الخلايا العصبية ومراقبتها. فهذه التقنية لا تسمح بدراسة كل خلية على حدة بخلاف الأنابيب المخبرية الزجاجية المستخدمة للتحليل الكهربائي. من هنا جاءت فكرة إيف دي كونيك: جمع الأداتين في أداة واحدة عن طريق إلصاق هذه الأنابيب المخبرية الزجاجية بالكترود ضوئي. لإنجاح هذه الفكرة، استعان الباحث بمجموعة من علماء الفيزياء الخبراء في الألياف البصرية، أي في الألياف الزجاجية الموصلة للضوء. ولم يستعن بعلماء عاديين إنما بعلماء مركز علم البصريات والضوئيات والليزر الكندي الذي يتميز بتطوّره ويعتبر من أهم المراكز العلمية في العالم. وكان مديره ريال فالي قد وافق مباشرة على المشروع لما أثار لديه من حماسة واهتمام. صعوبات صحيح أن المفهوم الذي يقوم عليه الإلكترود الضوئي بسيط، إلا أن عملية تنفيذه على أرض الواقع شكلت صعوبات كثيرة أمام علماء الفيزياء. في هذا الإطار، يشرح يوان لوشاسور، وهو أحد طلاب الدكتوراه السابقين في المركز والمخترع المشارك للإلكترود الضوئي: «من الصعب الجمع بين الأدوات المستخدمة في علم الفيزياء وهشاشة الخلايا الحية.» هكذا، بدأ هذا العالم الفيزيائي الشاب الذي لم يكن يعرف شيئاً عن علم الأحياء، مشروعه بالانضمام إلى مركز روبرت- جيفارد المتخصص في أمراض الجهاز العصبي. في الإطار عينه، يشرح ريال فالي: «حاولت فرق علمية أخرى دراسة خلية عصبية واحدة باستخدام الكترود كلاسيكي من جهة، وليفة بصرية من جهة أخرى. إلا أن النتيجة لم تكن بالدقّة المطلوبة. فالليفة البصرية مؤلفة من مشدّ يلف الأنبوب الذي يمرّر الضوء. ولدمج المسبارين، فكرّنا في إدخال أنبوب ثان إلى الليفة يكون موازياً للأنبوب الأوّل». وما إن تتم تعبئة هذا الأنبوب الثاني بمحلول موصل للكهرباء حتى يصبح بمثابة الكترود كلاسيكي. لننتقل الآن إلى مرحلة تنفيذ الأداة. بعد تصنيعها في المعهد الوطني للبصريات، وجد العلماء أن قطر النموذج الأولي بلغ 1 ملم في حين أن قطر الخلايا العصبية أصغر بـ100 مرّة تقريباً! يقول يوان لوشاسور الذي عمل على المشروع بمساعدة طلاب قسم الطب النفسي وعلم الأعصاب في جامعة لافال: «إذا صغرنا قطر الإلكترود الضوئي، أوشكنا على سدّ الأنبوب وعلى السماح للغبار بالدخول إلى الليفة البصرية. استغرقني الأمر ثلاثة أعوام لتصنيع مسابر تعمل في الجهاز العصبي، ومن بعدها عامين لتجربتها في نخاع الفأرة الشوكي وفي دماغها». كان هذا العمل مثمراً بما أن التجارب الأولى حققت أرباحاً للفريق العلمي إثر نشرها في مجلة Nature Methods في آبريل 2011. مذاك، توظف طالب الدكتوراه السابق في الشركة الكيبيكية Doric Lenses المتخصصة في توريد المركّبات البصرية، والتي يعمل فيها لوشاسور حالياً على تطوير الكترود ضوئي مزوّد بليزر يتوقع أن يطرح في الأسواق قريباً. أما إيف دو كونيك وريال فالي، فيأملان في الحصول على مساعدة مالية لمتابعة أعمالهما والبقاء في الصدارة في عالم الجينات الضوئية. يقول العالم الفيزيائي بحماسة: «علم الجينات الضوئية حقل بحث ثوري». أثار هذا العلم الذي اخترعه في عام 2005 الطبيب النفسي والمهندس البيولوجي كارل دييسيروث من جامعة ستاندفورد بكاليفورنيا، حماسة واسعة في حقل علم الأحياء العصبي. وقد جاء اختراع الإلكترود الضوئي ليساعد الباحثين في دراساتهم وأبحاثهم. وفقاً لأوفير يزهار (أحد الباحثين في فريق كارل ديسيروث العلمي): «تجمع هذه الأداة بين دقة الفيزيولوجيا الكهربائية الكلاسيكية وعالم الإضاءة الشعاعية. وتسمح هذه الدقة بدراسة الكثير من طرق العمل الخلوية. نظرياً، للإلكترود الضوئي استعمالات لا تحصر ولا تعدّ».

منقول

موضوع مييز حقا وجديد وسبحان الله الذي علم الانسان ما لم يعلم


صحيح مبروك تنزيل الصورة كذلك