الیاف نوری نرمی که درد‌های عصبی محیطی را کاهش می‌دهند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، این ابزار نوآورانه کاربرد گسترده‌ای از اپتوژنتیک را فراتر از مغز ارائه می‌کند و کارایی آن را در آزمایش‌های حیوانی نشان می‌دهد.

مهندسان MIT الیاف نرم و قابل کاشتنی ساخته‌اند که می‌تواند نور را به اعصاب اصلی بدن برساند. هنگامی که این اعصاب به طور ژنتیکی دستکاری می‌شوند تا به نور پاسخ دهند، فیبر‌ها می‌توانند پالس‌های نور را به اعصاب بفرستند تا درد را مهار کنند. فیبر‌های نوری انعطاف پذیر هستند و با بدن کشیده می‌شوند.

بررسی اختلالات اعصاب محیطی

الیاف جدید به عنوان یک ابزار آزمایشی است که می‌تواند به دانشمندان برای کشف علل و درمان‌های بالقوه اختلالات عصبی محیطی در مدل‌های حیوانی کمک کند. درد عصب محیطی زمانی رخ می‌دهد که اعصاب خارج از مغز و نخاع آسیب ببینند و منجر به گزگز، بی حسی و درد در اندام‌های آسیب دیده شود. تخمین زده می‌شود که نوروپاتی محیطی بیش از ۲۰ میلیون نفر را در آمریکا تحت تاثیر قرار دهد.

«سی وان رائو» «Siyuan Rao» استادیار مهندسی پزشکی در موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید: دستگاه‌های فعلی که برای مطالعه اختلالات عصبی استفاده می‌شوند از مواد سفت ساخته شده‌اند که حرکت را محدود می‌کنند، به طوری که در صورت بروز درد، نمی‌توانیم آسیب نخاعی و بهبودی را مطالعه کنیم. فیبر‌های ما می‌توانند با حرکت طبیعی سازگار شوند و کار خود را انجام دهند در حالی که حرکت فرد را محدود نمی‌کنند. این می‌تواند اطلاعات دقیق تری به ما بدهد.

«شین یو لیو» «Xinyue Liu» یکی دیگر از دانش پژوهان این پروژه می‌گوید: اکنون، محققان ابزاری برای مطالعه بیماری‌های مربوط به سیستم عصبی محیطی، در شرایط بسیار پویا، طبیعی و بدون محدودیت دارند.

گسترش اپتوژنتیک فراتر از مغز

مطالعه جدید ناشی از تمایل این محققان به گسترش استفاده از اپتوژنتیک فراتر از مغز بود. اپتوژنتیک روشی است که به وسیله آن اعصاب برای پاسخ به نور مهندسی ژنتیکی می‌شوند. قرار گرفتن در معرض آن نور سپس می‌تواند عصب را فعال یا مهار کند که می‌تواند اطلاعاتی در مورد نحوه عملکرد عصب و تعامل با محیط اطراف خود به دانشمندان بدهد.

مهندسان MIT یک فیبر نوری هیدروژل نرم (روشن شده با نور) طراحی کرده اند که اعصاب محیطی را تحریک می‌کند و می‌تواند به محققان در شناسایی منشاء و درمان درد‌های مربوط به اعصاب کمک کند.

دانشمندان علوم اعصاب از اپتوژنتیک در حیوانات برای ردیابی دقیق مسیر‌های عصبی زمینه ساز طیف وسیعی از اختلالات مغزی، از جمله اعتیاد، بیماری پارکینسون، و اختلالات خلقی و خواب استفاده کرده اند - اطلاعاتی که منجر به درمان‌های هدفمند برای این شرایط شده است.

تا به امروز، اپتوژنتیک عمدتاً در مغز، ناحیه‌ای که فاقد گیرنده‌های درد است، استفاده شده است، که امکان کاشت نسبتاً بدون درد دستگاه‌های سفت و سخت را فراهم می‌کند. با این حال، دستگاه‌های سفت و سخت همچنان می‌توانند به بافت‌های عصبی آسیب برسانند. دانشمندان MIT به این فکر افتاد که آیا این روش می‌تواند به اعصاب خارج از مغز نیز گسترش یابد یا خیر. درست مانند مغز و نخاع، اعصاب در سیستم محیطی می‌توانند طیف وسیعی از اختلالات، از جمله سیاتیک، بیماری نورون حرکتی، و بی حسی و درد را تجربه کنند.

اپتوژنتیک می‌تواند به دانشمندان علوم اعصاب کمک کند تا علل خاص بیماری‌های اعصاب محیطی را شناسایی و همچنین درمان‌هایی را برای کاهش آن‌ها آزمایش کنند. اما مانع اصلی اجرای این روش فراتر از مغز، حرکت است. اعصاب محیطی فشار و کشیدن مداوم از عضلات و بافت‌های اطراف را تجربه می‌کنند. اگر از دستگاه‌های سیلیکونی سفت و سخت در محیط اطراف استفاده شود، حرکت طبیعی حیوان را محدود می‌کند و به طور بالقوه باعث آسیب بافتی می‌شود.

از این رو محققان به دنبال توسعه جایگزینی بودند که بتواند با بدن کار و حرکت کند. طرح جدید آن‌ها یک فیبر نرم، قابل کشش و شفاف است که از هیدروژل ساخته شده است. این هیدروژل ترکیبی لاستیکی و زیست‌سازگار از پلیمر‌ها و آب با نسبتی است که به گونه‌ای تنظیم شده که کریستال‌های ریز و در مقیاس نانو از پلیمر‌ها بسازد و در سراسر محلولی شبیه ژله پراکنده شود.

این الیاف دو لایه دارد - یک هسته و یک پوسته بیرونی یا «پوشش». محققان محلول‌های هر لایه را برای ایجاد یک آرایش کریستالی خاص مخلوط کردند. این آرایش به هر لایه یک ضریب انکسار خاص و متفاوت می‌داد. این لایه‌ها با هم، از خروج یا پراکندگی نوری که از الیاف عبور می‌کند جلوگیری می‌کند.

محققان این الیاف نوری را در موش‌هایی آزمایش کردند که اعصاب آن‌ها از نظر ژنتیکی اصلاح شده بود تا به نور آبی که فعالیت عصبی را تحریک می‌کند یا نور زردی که فعالیت آن‌ها را مهار می‌کند پاسخ دهند. آن‌ها دریافتند که حتی با وجود الیاف کاشته شده، موش‌ها می‌توانند آزادانه روی یک چرخ بدود.

پس از دو ماه تمرین چرخ، که حدود ۳۰ هزار دور بود، محققان دریافتند که این الیاف هنوز در برابر خستگی قوی و مقاوم هستند و همچنین می‌تواند نور را به طور موثر برای تحریک انقباض عضلانی منتقل کنند.

پژوهشگران سپس لیزر زرد رنگی را روشن کردند و آن را از فیبر کاشته شده عبور دادند. آن‌ها با استفاده از روش‌های استاندارد آزمایشگاهی برای ارزیابی مهار درد، دریافتند این موش‌ها در مقایسه با جوندگانی که با نور تحریک نشده بودند، نسبت به درد بسیار کمتر حساس بودند. الیاف توانستند به طور قابل توجهی درد سیاتیک را در موش‌های تحریک شده با نور مهار کنند.

محققان این الیاف را ابزار جدیدی می‌دانند که می‌تواند به دانشمندان در شناسایی ریشه‌های درد و سایر اختلالات عصبی محیطی کمک کند.

مجریان این طرح می‌گویند: ما روی این الیاف به عنوان یک فناوری جدید علوم اعصاب تمرکز می‌کنیم. امیدواریم بتوانیم به تشریح سازوکار‌های درد در سیستم عصبی محیطی کمک کنیم. با گذشت زمان، فناوری ما ممکن است به شناسایی درمان‌های مکانیکی جدید برای درد مزمن و سایر شرایط ناتوان‌کننده مانند انحطاط عصبی یا آسیب کمک کند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Methods منتشر شده است.