نانوذراتی که پیام‌های عصبی را ردیابی می‌کنند

معرفی قابلیت‌های فناوری نانو در این حوزه مسیر جدید را پیش پای محققان علوم اعصاب قرار داده و برای همکاری این گروه از محققان با دیگر پژوهشگرانی که در حوزه نانوفناوری تحقیق می‌کنند مسیر جدیدی را ایجاد می‌کند. پژوهشگران دانشگاه نوشیروانی بابل با تحقیق درباره قابلیت‌های فناوری نانو در حوزه داروها و علوم اعصاب راه‌های ارتباط جدیدی را بین نانوفناوری و علوم اعصاب شناسایی کرده‌اند که می‌توان از آن برای ردیابی پیام‌های عصبی در مغز استفاده کرد.

با دکتر رضا خان‌بابایی، استادیار دانشگاه نوشیروانی بابل و استاد پاره‌وقت دانشگاه اوتاوا درباره این روش و مسیرهای جدیدی که در حوزه درمان بیماری‌ها و اختلالات مغزی گشوده است، گفت‌وگو کرده‌ایم.

نانومواد در مقایسه با مواد دیگر چه ویژگی‌هایی دارند که نمی‌توانیم برای ردیابی پیام‌های عصبی که در مغز مخابره می‌شود از مواد دیگر استفاده کنیم؟

مواد دیگر در مقایسه با مواد نانو ابعاد بزرگ‌تری دارد. هدف ما ردیابی موادی در ابعاد میکرو است بنابراین نمی‌توانیم از موادی که خودشان بزرگ هستند برای ردیابی این مواد استفاده کنیم. مثل این که بخواهیم با راکت تنیس پشه‌ها را بگیریم.

بدون تردید این کار امکان‌پذیر نیست، اما اگر از ذراتی ریزتر از ذراتی که بین‌ سلول‌های عصبی رد و بدل می‌شوند برای این کار استفاده کنیم، می‌توانیم ذرات را به آسانی نشاندار کنیم. در این روش ذرات نانو روی ذرات تبادل‌کننده اطلاعات قرار می‌گیرند و به این ترتیب این ذرات که نوروترانسمیتر یا انتقال‌دهنده پیام‌های عصبی هستند نشاندار می‌شوند و می‌توانیم آنها را ردیابی کنیم.

ردیابی ذرات انتقال‌دهنده اطلاعات در سلول‌های عصبی در چه زمینه‌هایی کاربرد دارد؟

یکی از موضوعات در علم اعصاب این است که به پاسخ دقیقی درباره محل ذخیره اطلاعات یا حافظه دست پیدا کنیم و بدانیم ما انسان‌ها چگونه اطلاعات را در مغز ثبت و حفظ می‌کنیم. جدیدترین نظریات مطرح شده در این باره این است که این اطلاعات در سیناپس‌ها یا محل اتصال بین سلول‌های عصبی ذخیره می‌شود. به این ترتیب که اگر تعداد زیادی از این ذرات رد و بدل شود یا این ذرات به دفعات زیاد رد و بدل شود، این اتصالات قوی‌تر می‌شود و بنابراین عملکرد حافظه فرد بهبود پیدا می‌کند.

بنابراین استفاده از این فرآیند می‌تواند روشی برای تقویت و افزایش قدرت حافظه باشد. به عبارت دیگر می‌توانیم حافظه را به روش مهندسی دستکاری و آن را به طور فیزیکی هدایت کرده یا حتی اطلاعات خاصی را روی قسمت‌های مختلف سیستم عصبی مغز مستقر کنیم. مثلا علت اصلی بروز نشانه‌های آلزایمر ناشی از قطع ارتباط بین نورون‌هاست.

اگر ما بتوانیم به طریقی به وسیله همین نانو مواد مسیر را شناسایی کنیم و بدانیم این اتصال در کجا قطع شده است و مهم‌تر از همه این که بتوانیم آن را ترمیم کنیم، می‌توانیم از این روش برای درمان این بیماری‌ها استفاده کنیم. علاوه بر این کاربردهای متعدد دیگری هم می‌تواند داشته باشد، اما تحقیقات ما در حال حاضر در مرحله تحقیقات بنیادی است. ما باید بتوانیم نوروفیزیک، نوروشیمی، نوروزیست، نوروریاضی و انواع مختلفی از این حوزه‌ها را فعال کرده، از ظرفیت دانش جوانان استفاده کنیم تا این که بتوانیم در نهایت به فناوری‌های لازم در این زمینه دست پیدا کنیم.

آیا این کاربردها فقط جنبه درمانی دارد یا می‌توان از فرآیندهای مشابه دیگری برای پیشگیری از ابتلا به بیماری‌های عصبی استفاده کرد؟

می‌توانیم با استفاده از روش‌های مشابه از طریق ردیابی پیام‌های عصبی در مغز دارو هم بسازیم. ما در حوزه مغز و اعصاب با کمبود دارو مواجه هستیم.

با استفاده از این روش می‌توانیم داروهایی طراحی کنیم که می‌تواند مشکلاتی که در بخشی از مغز ایجاد شده است، براحتی درمان کند. یعنی هم برای تشخیص و هم برای درمان بیماری‌ها می‌توان از این فناوری استفاده کرد.

در مقاله‌ای که بتازگی توسط این گروه ارائه شده، طرح جدید برای چگونگی انتقال نانودارو‌ها به این قسمت از مغز پیشنهاد شده است. یعنی هم می‌توانیم گروهی از مواد را نشاندار کرده و از آن برای تشخیص بیماری استفاده کنیم و هم این‌که از آنها به‌عنوان دارو برای درمان به کار ببریم. بیشتر این داروها باید تزریقی باشد.

آیا استفاده از این داروها می‌تواند عملکرد دیگر قسمت‌های مغز را هم تحت تاثیر قرار دهد و با اثرات جانبی همراه باشد؟

به‌طور کلی ماهیت همه داروهای مغز و اعصاب به گونه‌ای است که با اثرات جانبی همراه است، اما هدف ما این است که با استفاده از نانوفناوری بتوانیم به‌عنوان یکی از بهترین روش‌هایی که در حال حاضر در اختیار داریم اثرات جانبی داروها را هم شناسایی کنیم. یعنی نانوداروها را با استفاده از نانوموادی به مقصد می‌رسانیم که می‌تواند آنها را نشاندار کند و به این ترتیب می‌توانیم مسیری که دارو در بدن پیموده است تحت تعقیب قرار دهیم. برای مثال ممکن است هدف ما درمان بخش بینایی باشد و ناخواسته به بخش شنوایی هم آسیب برسانیم. با استفاده از این روش می‌توانیم نانوداروها را در بدن ردیابی کنیم و اثرات جانبی این داروها را به حداقل برسانیم.

در حال حاضر این طرح تا چه مرحله‌ای پیش رفته است؟

در حال حاضر مراحل تحقیقاتی با موفقیت
پشت سر گذاشته شده است. ما در تلاش هستیم با همکاری دانشجویان مقطع دکتری مقدمات کار را فراهم کنیم تا در صورت آمادگی آزمایشگاه نانو و آزمایشگاه اعصاب مراحل بعدی کار و مرحله آزمایشات بالینی بزودی آغاز شود.

فرض کنید شما در یک آزمایشگاه هستید. برای آغاز مراحل آزمایشی کار ابتدا باید حیوانی را به‌عنوان مدل انتخاب کنیم تا بتوانیم آزمایشات بالینی را روی نمونه حیوانی انجام دهیم.

سپس مواد نانو را به یکسری از سلول‌های عصبی تزریق کرده و این سلول‌ها را با استفاده از سیگنال‌های عصبی تحریک می‌کنیم. این تحریک‌ها باعث می‌شود مواد نانو به سلول‌های دیگر منتقل شود و از طرف دیگر این مواد را در سلول‌های دیگر ردیابی می‌کنیم. بر این اساس مسیر انتقال اطلاعات به طور فیزیکی شناسایی می‌شود.

در سطح دنیا چه اقدامات مشابهی در این زمینه انجام شده است؟

براساس تحقیقاتی که در سطح دنیا انجام داده‌ایم تا به امروز استفاده از نانو بیشتر به ساخت دارو و دارورسانی به قسمت‌های مختلف مغز معطوف بوده است، اما این نخستین‌بار است که از نانو مواد برای ردیابی مواد در محل انتقال اطلاعات بین سلول‌های عصبی استفاده می‌شود. یکی از ضرورت‌های جامعه علمی امروز این است که باید علوم روز را به موقع به کار گرفته و توسعه دهد و از نیروی علمی جوانان استفاده کند.

پلی برای ارتباط نانوفناوری و علم اعصاب

امروزه ارتباط بین علوم مختلف به علم روز تبدیل شده است. علم نانو با مواد بسیار ریز سر و کار دارد. ذرات در ابعاد نانو با میکروسکوپ‌های معمولی قابل مشاهده نیست. بررسی ویژگی‌ها و خصوصیات مواد در این ابعاد به استفاده از فناوری‌های خاصی نیاز دارد. از سوی دیگر اگر علم اعصاب را در نظر بگیریم در این علم هم به نوعی با زیرمجموعه‌هایی در ابعاد کوچک سر و کار داریم. ابعاد سلول‌های عصبی در حد میکرومتر یا به عبارتی هزار برابر بزرگ‌تر از نانو مواد است. البته اگر نورون‌ها یا سلول‌های عصبی بخواهند با هم ارتباط برقرار کنند، این ارتباط در محل‌های اتصال موسوم به سیناپس‌ها ایجاد می‌شود. سیناپس‌ها وقتی می‌خواهند اطلاعات را از یک نورون به نورون دیگر یا مراکز عصبی در داخل مغز منتقل کنند می‌توانند از دو نوع محل اتصال برای انتقال اطلاعات استفاده کنند. در حقیقت محل اتصال یا الکتریکی است یا شیمیایی. بیشتر سیناپس‌ها در انسان‌ها از نوع شیمیایی است. در این گروه از سیناپس‌ها در محل اتصال سلول‌های عصبی به همدیگر یا محل اتصال سلول‌های عصبی به مراکز عصبی مغز، مواد بسیار ریزی رها می‌شود که از یک نورون به نورون دیگر منتقل می‌شود. وجود این ذرات در محل سیناپس و انتقال آنها به یک نورون دیگر انتقال اطلاعات به مغز را امکانپذیر می‌سازد. در حقیقت این ذرات همان اطلاعاتی است که به مغز ما منتقل می‌شود.

مدت‌هاست دانشمندان در این فکر هستند چگونه می‌توان فهمید چند تا از این ذرات هنگام انتقال اطلاعات رد و بدل می‌شود؟ این ذرات تبادل شده چه نوع ذراتی هستند؟ این ذرات از کجا آزاد شده و در کجا جذب می‌شوند؟ اطلاعات زیادی در این حوزه وجود دارد که هنوز بخش زیادی از آنها ناشناخته است و این همان نقطه تلاقی بین نانو و نوروساینس یا همان علم اعصاب است. بنابراین نانو و علم اعصاب می‌توانند برای پی بردن به پاسخ این پرسش‌ها و بسیاری پرسش‌های مشابه دیگر با هم همکاری داشته باشند.

علم نانو قادر است ذرات بسیار ریز را نشاندار کرده و دنبال کند. علم اعصاب نیز نیاز دارد بداند این ذرات ریز از کجا آمده‌اند، به کجا رفته‌اند، در فرآیند انتقال اطلاعات چه تعداد از این ذرات جابه‌جا شده است، چه تعداد از این ذرات جذب شده و چه تعدادی بازگشت داده شده‌اند. اینجاست که ما می‌توانیم از فناوری نانو استفاده کنیم و پاسخ پرسش‌هایی که درباره این ذرات و ویژگی‌های آنها مطرح شده است، پیدا کنیم.

فرانک فراهانی جم ‌/‌ گروه دانش