نورون‌های نخاعی را با الیاف جدید بشناسیم
مجله علمی ایلیاد - دانشمندان MIT الیافی شبه پلاستیک توسعه دادهاند که برای مطالعه‌ی نورون‌های نخاع و به نحو موثری برای بازگرداندن عملکرد آن می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. الیاف‌های قابل کشت امتیاز بسیار عظیمی برای تحقیقات مغز بوده‌اند که به دانشمندان اجازه می‌دهد بخش‌های خاصی از مغز را تحریک کنند و پاسخ‌های الکتریکی دریافت شده را بررسی کنند. با این حال به اجرا درآوردن مطالعات مشابه در مورد اعصاب نخاع که در نهایت ممکن است منجر به معالجاتی برای کاهش و تسکین جراحات نخاعی شود، دشوارتر بوده است. این دشواری به این علت است که با حرکت بدن، ستون فقرات خم یا کشیده می‌شود و الیاف نسبتاً سخت و شکننده‌ای که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌تواند به بافت حساس نخاع آسیب برساند.
حال، محققان الیافی شبه پلاستیک که بتواند خم و کشیده شود، توسعه دادهاند که به‌طور همزمان ضربه‌های نوری را برای تحریک الکترونیک نوری و ارتباطات الکتریکی را برای تحریک و کنترل کردن می‌فرستد. این الیاف‌های جدید در مقاله‌ای در مجله‌ی Science Advances توسط دانشجویان فارغ‌‌التحصیل MIT، «آلیس لو»، «سئونگیوم پارک»، پرفسور «پولینا آنیکوا» و هشت تن دیگر از دانشگاه‌های MIT، واشنگتن و آکسفورد توصیف می‌شوند. لو به‌عنوان ابزاری برای درک بهتر عملکرد نخاع می‌گوید: «من می‌خواستم واسطه‌ای چندمدلی با ویژگی‌های فنی سازگار با بافت‌ها برای تحریک عصبی و ضبط بسازم. اما این وسیله می‌بایست کشسان باشد، زیرا با هر حرکت بدن، نخاع نه تنها خم که کشیده نیز می‌شود.» انتخاب بدیهی نوعی الاستومر، ترکیبی شبه پلاستیک بود، اما اکثر این مواد با فرایند کشیدن الیاف سازگار نیستند؛ فرایندی که مقدار نسبتاً زیادی از مواد را تبدیل به رشته‌ای می‌کند که می‌تواند نازک‌تر از یک تار مو باشد.
آنیکوا که استاد بخش علم مواد و مهندسی است می‌گوید: «طی حرکات طبیعی بدن، نخاع کشش‌هایی حدود ۱۲ درصد را متحمل می‌شود. برای چنین تغییراتی حتی نیاز نیست در حالت «سگ رو به پایین» که حرکتی در ورزش یوگا است، قرار بگیرید.» بنابراین یافتن ماده‌ای که بتوان آن را با این درجه از کشسانی مطابقت داد، می‌تواند به طور بالقوه تفاوت عظیمی برای تحقیق به‌وجود آورد. او می‌گوید: «هدف تقلید کردن کشسانی، نرمی و انعطاف‌پذیری نخاع بود. شما می‌توانید کشسانی را با پلاستیک فراهم کنید، اما کشیدن پلاستیک دشوار است، اکثر آن‌ها فقط ذوب می‌شوند.»
او می‌افزاید: «در نهایت، ما می‌خواستیم از چیزی شبیه این الیاف برای مبارزه کردن با صدمات نخاعی استفاده کنیم. اما نخست، این الیاف می‌بایست سازگاری زیستی داشته باشد و بدون موجب شدن هیچ آسیبی، بتواند در برابر فشارهای وارده بر نخاع مقاومت کند.» این گروه الاستومری شفاف به تازگی توسعه داده است که می‌تواند به‌عنوان یک موج‌بر برای سیگنال‌های نوری عمل کند و روکشی شکل گرفته از شبکه‌ای از نانوسیم‌های نقره که برای سیگنال‌های الکتریکی لایه‌ای رسانا تولید می‌کند را ترکیب کرد. لو می‌گوید: «برای تولید این الاستومر شفاف، مواد درون پوششی پلیمری جای گرفتند. این پوشش مواد را قادر می‌ساخت به درون الیافی به شدت کشسان و همچنین انعطاف‌پذیر کشیده شوند. این پوشش پس از فرایند کشش از بین می‌رود.»
پس از اتمام فرایند تولید، آنچه باقی می‌ماند، الیاف شفافی با روکش‌های نانوسیمی کشسان و از نظر الکتریکی رسانا است. آنیکوا می‌گوید: «این الیاف حقیقتاً فقط تکه‌ای پلاستیک اما رسانا است. این الیاف می‌تواند بدون هیچ تاثیری بر خواص آن ۲۰ تا ۳۰ درصد کشیده شود.» این الیاف نه تنها قابل کشیده شدن هستند، بلکه انعطاف‌پذیر نیز هستند. او می‌گوید: «آن‌ها بسیار شل هستند، شما می‌توانید از آن‌ها برای بخیه زدن استفاده کنید و همزمان نور بفرستید.»
لو می‌گوید: «ما نخستین گروهی هستیم که چیزی را توسعه دادیم که به‌طور همزمان ضبط الکتریکی و تحریک نوری در نخاع موش‌های در حال حرکت را ممکن می‌سازد. بنابراین امیدواریم این کار ما شاه‌راه جدیدی به روی تحقیقات عصب‌شناسی باز کند.» دانشمندانی که روی جراحت یا بیماری‌های نخاع تحقیق می‌کنند، معمولاً می‌بایست از حیوانات بزرگتری در مطالعاتشان استفاده کنند؛ زیرا الیاف عصب بزرگتر می‌تواند در برابر سیم‌های سخت‌تر استفاده شده برای محرک و ضبط، مقاومت کند. او می‌گوید: «در حالی که به‌طور کلی مطالعه روی موش‌ها بسیار آسان‌تر است و موش‌ها در بسیاری از نژادهای اصلاح شده از نظر ژنتیکی در دسترس هستند، قبلاً هیچ روشی وجود نداشت که امکان استفاده از آن‌ها را برای این نوع تحققات میسر سازد. در نخاع سلول‌های مختلفی وجود دارد و ما نمی‌دانیم که پس از آسیب‌دیدگی، هر نوع سلول چگونه به بهبود پذیرفتن یا نپذیرفتن پاسخ می‌دهد.» محققان امیدوارند این الیاف‌های جدید بتواند برای پر کردن برخی از آن جاهای خالی کمک کند.
نوشته: دیوید چاندلر
مترجم: امید محمدی - مجله علمی ایلیاد