پزشکی بالینی

دانشمندان موفق به شناسایی یک مینی رایانه‌ نورونی در مغز شدند. زمانی تصور می‌شد فرافکنی‌های شاخه‌مانند نورون‌ها نوعی سیم‌کشی مجهول در مغز هستند، اما هم‌اکنون دانشمندان دانشگاه کارولینای شمالی نشان داده‌اند نقش این دندریت‌ها بیش از بازچینش اطلاعات از نورونی به نورون دیگر است. آن‌ها دریافتند این مولفه‌ها فعالانه اطلاعات را پردازش و قدرت محاسباتی مغز را چند برابر می‌کنند. یافته‌های جدید می‌تواند تفکر دانشمندان از مدل‌های علمی موجود در خصوص چگونگی عملکرد مداری نورون‌ها (سلول‌های عصبی) در مغز را دستخوش تغییر کرده و به درک بهتر آن‌ها از اختلالات عصبی بیانجامد.
آکسون‌ها - رشته های عصبی خارج شده از نورون‌ها - مکانی‌هایی هستند که در آن نورون‌ها اساسا جرقه‌های الکتریکی تولید می‌کنند، اما بسیاری از همان مولکول‌هایی که از این جرقه‌های آکسونی حمایت می‌کنند، نیز در دندریت‌ها حاضر هستند. تحقیقات پیشین با استفاه از بافت مغزی تشریح‌شده نشان داده بود که دندریت‌ها می‌توانند از آن مولکول‌ها برای تولید جرقه‌های الکتریکی استفاده کنند، اما مشخص نبود که آیا این فعالیت نرمال مغزی شامل این جرقه‌های دندریتی هست یا خیر. تیم دکتر اسپنسر اسمیت به این پرسش پاسخ مثبت داده و ثابت کرد که این دندریت‌ها به طور کارآمدی به عنوان مینی‌رایانه‌های عصبی عمل کرده و فعالانه‌ سیگنال‌های ورودی نورونی را پردازش می‌کنند.
اثبات مستقیم این موضوع نیازمند مجموعه‌ای از آزمایشات ظریف بود که سال‌ها به طول انجامید و در مرحله نهایی دانشمندان دانشگاه کارولینا از الکتروفیزیولوژی پچ-گیره برای متصل‌کردن یک الکترود پیپت شیشه‌ای میکروسکوپی به یک دندریت نورونی در مغز یک موش استفاده کردند. ایده مطرح شده "گوش‌دادن" به فرایند سیگنالدهی الکتریکی بود. متصل‌کردن یک پیپت به یک دندریت از لحاظ تکنیکی بی نهایت چالش‌برانگیز است، زیرا از هر سمتی نمی‌توان به دندریت نزدیک شد و همچنین نمی‌توان آن را مشاهده کرد، بنابراین، به نوعی چشم‌بسته باید این عمل را انجام داد. دکتر اسمیت برای انجام این آزمایش‌های پیچیده یک سیستم میکروسکوپی دو فوتونی را طراحی کرد که مطالعه گروهش را تسهیل کرد.
زمانی که پیپت به یک دندریت متصل شد، تیم اسمیت دندریت‌های منفرد موجود در درون مغز موش‌های بیدار و بیهوش را از لحاظ الکتریکی ضبط کردند. زمانی که موش‌ها محرک‌های بصری را بر روی یک صفحه‌ رایانه مشاهده کردند، محققان الگویی غیرمعمول از سیگنال‌های الکتریکی (انفجار جرقه‌ها) را در دندریت‌ها مشاهده کردند. تیم اسمیت دریافت بسته به محرک بصری، جرقه‌های دندریتی به صورت گزینشی رخ دادند و اطلاعات در خصوص آن‌چه حیوان در حال مشاهده آن بود، را پردازش می‌کردند.
محققان به منظور ارائه شواهد بصری از یافته‌هایشان، نورون‌ها را مملو از رنگ کلسیمی کردند و این امر امکان خوانش نوری آن‌ها را فراهم کرد. با استفاده از این تکنیک آن‌ها دریافتند دندریت‌ها جرقه‌هایی را شلیک می‌کنند، در حالی که دیگر بخش‌های نورون این عمل را انجام نمی‌دهند؛ این بدین معنا بود که جرقه‌ها نتیجه پردازش موضعی در درون دندریت‌ها بودند. تیاگو برانگو، دستیار این مطالعه، مدل ریاضیاتی و زیست‌فیزیکی را از نورون‌ها تهیه کرد و دریافت که مکانیسم‌های شناخته‌شده می‌توانند جرقه‌دهی دندریتی از لحاظ الکتریکی ضبط شده را پشتیبانی کنند و تعبیر داده‌ها را اعتبار بخشند.
تمامی داده‌های به دست آمده به این موضوع اشاره دارند که دندریت‌ها نقش مجهولی ندارند و در واقع، یک واحد محاسباتی هستند. تیم علمی در تلاش برای کنکاش آنچه این نقش تازه‌ شناسایی‌شده دندریتی می‌تواند در مدار مغزی و به ویژه شرایطی مانند سندروم Timothy ایفا کند، هستند. در این سندروم فرایند ورود سیگنال‌های دندریتی می‌تواند منحرف شود. جزئیات این مطالعه در Nature منتشر شد.

دانشمندان موسسه فناوری کالیفرنیا موفق به شناسایی نورونهایی در موشها شده‌اند که در واکنش به نوازش و ماساژ فعال می‌شوند. این نورونها که پژوهش آنها در مجله «نیچر» منتشر شده، ممکن است دلیل اینکه چرا موجودات از موشها گرفته تا انسان از نوازش و ماساژ لذت می‌برند را توضیح دهند. این کشف جدید ممکن است در آینده منجر به ساخت نوعی قرص ماساژ شود که این نورونها را فعال می‌کنند. پژوهشهای قبلی توانسته بودند نورونهای مسؤول خارش را شناسایی کنند، اما نورونهای خاص ماساژ تاکنون شناخته نشده بودند.
دانشمندان گروه خاصی از نورونها را مشخص کرده‌اند که در زیر پوست قرار داشته و به نورونهای اطراف نخاع مرتبط هستند. آنها برای شناسایی کارکرد این نورونها از مهندسی ژنتیکی برای درخشان کردن این نورونها در موشها استفاده کردند. این محققان دریافتند که این نورونها تنها در زمان مواجهه موشها با نوازش آرام فعال می‌شوند. آنها سپس شیوه‌ای را برای فعالسازی شیمیایی این سلولها ایجاد کردند. این دانشمندان 18 موش را در جعبه‌ای که از یک اتاق مرکزی با درهایی به اتاقهایی در سمت چپ و راست برخوردار بود، قرار دادند.
هنگامی که موشها در یک سوی جعبه قرار داشتند، محققان بطور شیمیایی نورونهای این حیوانات را فعال کرده و آنها را برای یک ساعت رها می‌کردند. این فرآیند چندین بار تکرار شد. در مرحله بعدی دانشمندان موشها را آزاد گذاشته و درها را باز کردند. موشهایی که تحت ماساژ شیمیایی قرار گرفته بودند، مدت زمان بیشتری را نسبت به موشهای دیگر در اتاقی گذراندند که نورونهای نوازش آنها در آن فعال شده بود. به گفته دانشمندان اقامت طولانیتر این موشها در این اتاق نشان می‌دهد که این منطقه با یک تجربه لذت بخش مرتبط بوده است. اگرچه هنوز مشخص نیست که آیا انسان نیز از همین سلولهای عصبی برخوردار باشد، اما به گفته دانشمندان، شواهدی از آزمایشگاههای دیگر وجود داشته که نشان‌دهنده برخورداری انسان از نورونهایی در سطح پوست برای واکنش به نوازش است.

محققان دانشگاه Edinburgh توانسته اند از سلول های پوست یک بیمار برای تولید نورون ها ی حرکتی و سلول های حمایت کننده آن ها استفاده کنند و آن هارا در درمان MND به کار برند. بر اساس پژوهش انجام شده در این دانشگاه که نتایج آن در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رسیده ،پژوهشگران توانسته اند در آزمایشگاه از سلول های پوست نورون های حرکتی و آستروسیت ها Astrocyte را تولید کنند.
نورون های حرکتی فعالیت ماهیچه را کنترل می کنند. آن ها همچنین طی این مطالعه دریافتند که یک پروتئین بیان شده توسط ژنی مرتبط با بیماری نورون های حرکتی یا MND که TDP-43 نام دارد باعث مرگ آستروسیت ها می شود. جهش های TDP-43 در بیماران باعث تشکیل اشکال توده ای این پروتئین در نورون ها ی حرکتی می شوند.این نوع نورون ها در بیماری MND از بین می روند و باعث فلج شدن و مرگ زود هنگام فرد می شود. این مطالعه برای اولین بار نشان داده است که پروتئین غیر طبیعی TDP-43 باعث مرگ آستروسیت ها هم می شود. بنا برنتایج به دست آمده مرگ این سلول ها به خودی خود برای نورون های حرکتی مضر نیست.
پروفسور Siddharthan Chandran از اعضای گروه تحقیقاتی می گوید آن ها در پی یافتن راهی برای کند کردن پیشرفت این بیماری مهلک بوده اند. یافته های این گروه نشان می دهند که مکانیزم های گوناگونی در انواع مختلف MND وجود دارند و درمان های خاص که آستروسیت ها را مورد هدف قرار می دهند ممکن است تنها در گروه خاصی از بیماران موثر باشند.

مهندسان دانشگاه شفلد روشي را ارائه كرده‌اند تا به نورون‌هاي آسيب‌ديده از تروما كمك كند به طور طبيعي ترميم پيدا كنند، به اين ترتيب شانس برگشت حس و حركت اعضاي صدمه‌ديده افزايش پيدا مي‌كند. اين تيم تحقيقاتي در يك كار مشترك با پژوهشگران آلماني روش جديد را براساس تكنيك NGCs ابداع كرده‌اند كه امروزه براي ساخت تجهيزات پزشكي استفاده مي‌شود. وقتي نورون‌ها در بازو يا پاها صدمه مي‌بينند توانايي رشد دوباره را دارند، برخلاف آنچه در طناب نخاعي رخ مي‌دهد، هر چند براي اين‌كار به كمك نياز دارند. در اين روش درماني از لوله‌اي استفاده مي‌شود كه از مواد پليمر صناعي ساخته شده و پايه آن پلي‌لاكتيك اسيد است و به اين صورت طراحي شده تا نورون‌هاي صدمه‌ديده را براي رشد دوباره از طريق تعدادي كانال كوچك هدايت كند. وقتي نورون كاملا دوباره رشد كرد، لوله به طور طبيعي از بين مي‌رود. تيم تحقيقاتي اميدوارند اين رويكرد درماني به طور قابل‌توجهي بازگشت طيف وسيعي از نورون‌هاي محيطي آسيب‌ديده را امكان‌پذير كنند. حالا پژوهشگران به دنبال آن هستند تا در كارآزمايي‌هاي باليني نيز آن را امتحان كنند.

چگونه 100 بیلیون سلول، هر یک با وظایف خاص ایجاد می شود ؟ مغز انسان گواهی بر دستیابی به این ویژگی است.  به گزارش بنیان ، محققان دانشگاه Linkoping سوئد د ر حال حاضر یک قدم به حل راز این پدیده نزدیک ترشده اند. Alenius Mattias می گوید: دانستن درمورد مکانیسم های تنوع نورونی و حفظ  این تنوع، برای تولید و جایگزینی سلول های نورونی در آینده لازم است.Alenius و تیم تحقیقاتی او به دنبال پاسخی برای حل این سوال محوری دربعد کوچکتردرسیستم بویایی مگس میوه بودند.
سیستم بویایی مگس میوه متشکل از 1200 سلول نورونی بویایی (انسان ها دارای شش میلیون) است که در34 گروه تقسیم شده اند. هر گروه به یک مجموعه خاص ازبوها پاسخ می دهند. سلول های نورونی بویایی همه این گروه ها ازتنها یک گیرنده بویایی موجود درآنتن مگس استفاده می کنند. این گیرنده بویایی مگس توانایی تشخیص بین هزاران بو را دارد.Alenius وهمکارانش درابتدا بدنبال همه 753 ژن تنظیمی مگس میوه که عوامل رونویسی نام دارد بودند. سپس آنها مجموعه ای ازهفت ژن را شناسایی کردند که درترکیبات مختلف، برای ایجاد هر یک از34 گروه نورونی درآنتن آنها مورد نیازاست. یک یافته تعجب آوراین بود که بسیاری از فاکتورهای رونویسی به طورهمزمان 2 کار را انجام می دادند: آنها می توانستند بیان گیرنده های بو را فعال کنند ، در عین حال درهمان زمان گیرنده های دیگر را درسلول های مشابه خاموش کنند.Alenius توضیح می دهد: "این یکی از راهکار هایی است که در آینده برای کشت  یکی ازهزاران گروه سلول های نورونی که مغز ما را تشکیل می دهند، مفید خواهد بود."