تغییرات مغزی در بیماری آلزایمر در تمام سطوح به طور همزمان رخ می‌دهد

به گزارش مجله خبری نگار، در عوض، یک پلتفرم تصویربرداری جدید که توسط یک تیم آمریکایی توسعه داده شده است، به طور یکپارچه جزئیات دقیق‌تر سلول‌های مغز، ارتباطات و محتویات آنها را با نقشه‌های کل مغز از کل شبکه‌های نورونی که از معماری کلی مغز پشتیبانی می‌کنند، ترکیب می‌کند. این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.

این عناصر زیست‌شناسی مغز در مقیاس‌های بسیار متفاوتی وجود دارند، از فضا‌های سیناپسی در ابعاد نانومتری گرفته تا نواحی مغزی در ابعاد سانتی‌متر، که تاکنون برای تجزیه و تحلیل آنها به نمونه‌های متعددی از مغز‌های مختلف، با استفاده از فناوری‌های مختلف در پلتفرم‌های مختلف، نیاز بوده است.

اولین نمایش استفاده از این پلتفرم در تصویربرداری بافت انسانی از دو مغز کامل، تغییرات متمایزی را در مغز یک فرد مبتلا به آلزایمر نشان داد.

به گفته تیم تحقیقاتی که آن را توسعه داده‌اند، به رهبری کوانگ‌هون چانگ، مهندس شیمی در موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، این پلتفرم جدید شامل سه عنصر کلیدی برای برش، پردازش و سپس تصویربرداری از بافت مغز با «وضوح و سرعت بی‌سابقه» است.

ابتدا، این دستگاه نوآورانه بافت مغز را به بخش‌هایی برش می‌دهد. این دستگاه از ارتعاشات با دقت تنظیم‌شده برای جلوگیری از سایش استفاده می‌کند و سلول‌ها را با دقت و بدون ایجاد اختلال در اتصالات آنها، به برش‌های فوق‌العاده نازکی جدا می‌کند.

سپس یک روش شیمیایی به صورت برگشت‌پذیر این نواحی بافت را به یک هیدروژل بافتی الاستیک و قابل انبساط تبدیل می‌کند که برای برچسب‌گذاری آنتی‌بادی و تصویربرداری با وضوح بالا از پروتئین‌ها و سایر اجسام داخلی آماده است.

در نهایت، یک ابزار محاسباتی، بافت‌های برش داده شده را به هم می‌دوزد و ارتباط بین سلول‌های منفرد را نقشه‌برداری می‌کند. این «نقشه‌های» سلول‌های مغزی منفرد سپس می‌توانند با پروفایل‌هایی که مولکول‌های بیان شده در هر سلول را منعکس می‌کنند، ادغام شوند.

چونگ می‌گوید: «ما باید بتوانیم تمام این اجزای عملکردی مختلف - سلول‌ها، مورفولوژی و اتصال آنها، معماری زیرسلولی و اتصالات سیناپسی منفرد آنها - را در حالت ایده‌آل در یک مغز ببینیم» تا بتوانیم مغز را به عنوان یک کل مقایسه کنیم و تفاوت‌های فردی را پیدا کنیم. «این خط لوله فناوری واقعاً به ما این امکان را می‌دهد که تمام این عملکرد‌های مهم را از یک مغز به روشی کاملاً یکپارچه استخراج کنیم.»

هیدروژل تبدیل‌شده به بافت، به آرامی بخش‌های بافت را باد می‌کند تا بتوان آنها را به وضوح مشاهده کرد؛ و یک پمپ، رنگ‌های فلورسنت را به طور یکنواخت به بافت تزریق می‌کند و رنگ‌آمیزی یکنواخت کل اندام‌ها را تضمین می‌کند.

در نمایشی گیج‌کننده از قابلیت‌های تجسم این پلتفرم، محققان نمونه‌هایی از چگونگی برچسب‌گذاری یک نیمکره کامل مغز، سپس بزرگنمایی برای گرفتن عکس از مدار‌های سلولی و سپس سلول‌های منفرد و اتصالات آنها از طریق اتصالاتی به نام سیناپس‌ها را ارائه می‌دهند.

در مورد چگونگی بازسازی این اتصالات در برش‌های متعدد بافت توسط این پلتفرم، ابزار کامپیوتری دارای الگوریتمی است که رگ‌های خونی خارج شده از یک لایه و ورود به لایه بعدی را مطابقت می‌دهد و امتداد نورون‌های همسایه، به نام آکسون‌ها، را ردیابی می‌کند.

با کنار هم قرار دادن همه این موارد، محققان از کل مغز دو اهداکننده سخاوتمند تصویربرداری کردند: یکی مبتلا به آلزایمر و دیگری بدون آلزایمر.

آنها ویژگی‌های پاتولوژیک معمول بیماری آلزایمر، از جمله تجمع پلاک‌های آمیلوئید و کلافه‌های تاو و کوچک شدن سلول‌های مغزی را یافتند، اما تصویربرداری آنها تفاوت‌های ظریف‌تری را نیز آشکار کرد.

آکسون‌های سلول‌های مغزی در بیمار آلزایمر متورم شده بودند. سلول‌های مغزی در نواحی غنی از تاو و آمیلوئید نیز پوشش محافظ میلین خود را از دست داده و از سلول‌های مجاور خود فاصله بیشتری گرفتند.

این تیم در مقاله خود می‌نویسد: «این موضوع، مطالعات تصویربرداری عصبی را که نشان دهنده آسیب شدید به اتصالات قشر اوربیتوفرونتال در مراحل پایانی بیماری آلزایمر است، تأیید می‌کند.» با این حال، این گالری فقط یک تصویر از دو مغز را نشان می‌دهد.

دانشمندان اخیراً تصاویر شگفت‌انگیز و دقیقی از مغز انسان ایجاد کرده‌اند که تا یک میلی‌متر مکعب از بافت مغز را بزرگنمایی می‌کند - تلاشی یک دهه‌ای که در نهایت ۱.۴ پتابایت داده به همراه داشته است.

توصیف چگونگی تغییرات مغز با زوال تدریجی آن در بیماری‌هایی مانند آلزایمر کمی چالش‌برانگیزتر است، زیرا محققان اغلب با بافت مغزی پس از مرگ که در پایان عمر اهدا می‌شود کار می‌کنند یا به تصویربرداری سنتی از کل مغز مانند MRI متکی هستند به این امید که تغییرات را قبل از شروع بیماری تشخیص دهند.

همچنین مشخص نیست که چگونه این پلتفرم ممکن است با پیشرفت‌های سریع در تصویربرداری مغز سازگار شود، اما این تیم امیدوار است که سیستم آنها به توسعه درمان‌های جدید کمک کند و میزان اطلاعات استخراج شده از بافت اهداکننده ارزشمند را به حداکثر برساند.

چانگ می‌گوید: «این خط لوله به ما امکان دسترسی تقریباً نامحدود به بافت را می‌دهد. ما همیشه می‌توانیم برگردیم و به چیز جدیدی نگاه کنیم.»