دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا از روشی انقلابی برای مطالعه ساختارهای میکروسکوپی مغز انسان رونمایی کردند. این مطالعه که توسط بنجامین کریکمور در آزمایشگاه‌های یی-وی چانگ و ادوارد لی انجام شد، نوید درک ما از بیماری‌های مختلف مغز، از جمله آلزایمر و ام‌اس را می‌دهد.

مطالعه مغز توسط توموگرافی الکترونی

به‌طور سنتی، دانشمندان از میکروسکوپ الکترونی برای کشف و درک جزئیات پیچیده ساختارهای سلولی در مغز استفاده می‌کنند. با این‌حال، این روش مملو از چالش‌هایی مانند تغییر ساختار سلولی به دلیل افزودن مواد شیمیایی و برش فیزیکی بافت است.

یک رویکرد جایگزین، توموگرافی الکترونی کرایو (cryo-ET) است که تصاویر واضح‌تری را در حالت طبیعی‌تر ارائه می‌دهد. اما نیاز به انجماد دارد، فرآیندی که مستعد تشکیل کریستال یخ است و می‌تواند آناتومی طبیعی را مختل کند.

اینجاست که کریکمور و تیمش وارد می‌شود و به طرز هوشمندانه‌ای از فن‌آوری‌های موجود روش جدیدی برای مطالعه فراساختار مغز انسان ایجاد می‌کند. آنها با انجماد سریع بافت مغز توسط کالبد شکافی مستقیم روی شبکه‌های ویژه که با اتان مایع به دست می‌آمد، چالش‌های موجود در روش‌های انجماد سنتی را کنار زدند.

محققان از یک پرتو یونی برای برش‌های نازک و تصویربرداری بدون تکنیک‌های متداول استفاده کردند. کریکمور در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح می‌دهد: «متداول‌ترین راه برای حفظ بافت در زمان کالبد شکافی این است که آن را در فریزر قرار دهید و بعد از آن استفاده کنید. اما اگر اجازه دهید به آرامی یخ بزند و سپس گرم شود و مجددا به انجماد برسد، بافت آن را مختل می‌کنید. غشاها می‌شکنند و ساختار عادی را از دست می‌دهند.»

شاید شگفت‌انگیزترین جنبه روش آنها توانایی منجمد سریع نمونه‌های ضخیم‌تر (تا 250 میکرون) بدون تشکیل کریستال‌های یخ باشد که جهشی قابل توجه از محدودیت 10 میکرونی سابق است. این روش همچنین امکان پردازش سریع‌تر نمونه‌های ضخیم را برای تصویربرداری با وضوح بالا فراهم می‌کند و امکان تجزیه و تحلیل طیف وسیع‌تری از نمونه‌ها را فراهم می‌کند.

بینش درمورد آلزایمر و ام‌اس

کریکمور و تیمش با استفاده از رویکرد نوآورانه خود، به وضوح بی‌سابقه‌ای در مشاهده ساختارهای دست نخورده درون سلول‌ها و بافت مغز افراد مبتلا به آلزایمر دست یافتند.

این روش تجمع فیبریل‌های تاو را که یکی از نشانه‌های بیماری آلزایمر است، نشان داد و بینش‌هایی را درمورد اجزای سلولی در تلاش برای تجزیه این فیبرها ارائه کرد. علاوه‌بر این محققان، میلین را، که یک پوشش حیاتی در عملکرد عصبی است و در بیماری‌هایی مانند ام‌اس بدتر می‌شود، مشاهده و اندازه‌گیری کردند.

کریکمور خاطرنشان کرد: «تکنیک‌های تصویربرداری از بافت‌های انسانی در طول تاریخ، وضوح نسبتاً پایینی داشته‌اند. ما می‌خواستیم راهی را ارائه کنیم که بتوانیم بیماری‌های مغزی را در بافت طبیعی آنها مدل‌سازی و مطالعه کنیم.»

تلاش‌های این تیم اولین نگاه به وضعیت طبیعی بافت مغز انسان ارائه می‌کند. توانایی مطالعه فراساختار مغز انسان در حالت تقریبا طبیعی آن بدون کاهش دقت می‌تواند راه‌های جدیدی را برای کشف پیچیدگی‌های بیماری‌های مختلف مغزی باز کند. همچنین نوید کشف اهداف درمانی جدید و استراتژی‌های درمانی برای شرایطی دارد که مدت‌هاست از درک جامعه دور مانده‌اند.

این تیم تحقیقات خود را در نشست سالانه انجمن بیوفیزیکی که برای 10 تا 14 فوریه 2024 در فیلادلفیا برنامه‌ریزی شده است، ارائه خواهد کرد.