Bilim insanları beyni uzaktan uyarmak ve vücut hareketlerini kontrol etmek için manyetik alan kullanıyor
Bilim insanları beyni uzaktan uyarmak ve vücut hareketlerini kontrol etmek için manyetik alan kullanıyor
Bilim insanları, koşma, dönme, kol ve bacak hakimiyetini kaybetme gibi vücut hareketleri de dahil beyindeki küçük hücre gruplarını harekete geçirmek için manyetizm kullandı. Bu başarı, sinir hastalıklarını inceleme ve tedavi etme konusunda ilerleme sağlayabilir.
Araştırmacılar tarafından geliştirilen bu tekniğe manyetotermik adı veriliyor. Bu teknik nörologlara güçlü ve yeni bir teknik sunuyor: Beyindeki derin aktiviteyi tetikleyen, bu hücrelerin fizyolojiyi nasıl etkilediğini incelemek için belirli hücreleri açıp kapatan, uzaktan, minimal invaziv bir yol.
Buffalo Üniversitesi, fen-edebiyat fakültesi fizik profesörü ve baş araştırmacı Dr. Arnd Pralle: ‘’Şu an duyguları ve davranışları kontrol eden nöronal devrelerin haritasını çıkarmamız için yapacağımız çok şey var. Zihnimizin bilgisayarı nasıl çalışıyor? Geliştirdiğimiz teknik, bunu anlamamıza büyük ölçüde katkı sağlayabilir.’’
Beynin nasıl çalıştığını – bir organın farklı bölümlerinin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu ve davranışları nasıl kontrol ettiğini anlamak, bazı hastalıkların (birtakım nöronların hasar görmesi veya işlevsiz hale gelmesi gibi) tedavisi için çok önemli. Travmatik beyin hasarları, Parkinson hastalığı, distoni ve periferik paralizi de bu hastalıklara örnek olarak sayılabilir.
Pralle’nin ekibi tarafından bildirilen gelişmeler, beyni uyararak depresyon ve epilepsi gibi rahatsızlıkları tedavi etmek isteyen bilim insanlarına yardımcı olabilir. Fareler üzerinde yapılan bu çalışma, 15 Ağustos’da açık kaynaklı ve hakemli bir dergi olan eLife’da yayımlandı. Pralle’nin ekibinde, Fizik alanında UB (Buffalo Üniversitesi)’de doktora öğrencisi olan Rahul Munshi, doktora sonrası araştırmacısı Dr. Shahnaz Qadri ve aynı zamanda UB, Marburg Philipps Üniversitesi ve Santiago de Compostela Üniversitesi’nden de araştırmacılar yer alıyor.
Manyetotermal uyarıda, ısıya duyarlı iyon kanallarıyla çevreli nöronları uyarmak için manyetik nanopartiküller kullanılır. Nanopartiküller bir dış manyetik alan tarafından ısıtıldığında, beyin hücreleri patlar ve böylece kanalların açılmasına neden olur.
Oldukça spesifik beyin bölgelerini hedef almak
Pralle’nin ekibi fareler üzerinde, belirli motor fonksiyonlarını tetiklemek için beynin 3 farklı bölgesini harekete geçirmeyi başardı.
Striyatumdaki hücrelerin uyarılması hayvanların etrafında dönmesine neden olurken, motor korteksindeki hücrelerin uyarılması koşma eylemini tetikledi. Bilim insanları, beynin daha derin bir bölgesini harekete geçirdiğinde ise fareler donuk halde kaldılar ve kol-bacaklarını hareket ettiremediler.
Pralle: ‘’Yöntemimizi kullanarak yaklaşık bir insan saçı genişliğinde, 100 mikrometrelik bir alanı yani çok küçük bir hücre grubunu hedef alabiliriz’’ dedi.
Manyetotermal uyarı nasıl çalışır?
Manyetotermal uyarı araştırmacıların, beynin içindeki bireysel nöronları harekete geçirmek için ısıtılmış, manyetik nanopartikülleri kullanmasını sağlar.
İşleyişi: İlk olarak, bilim insanları genetik mühendisliğini kullanarak hedef nöronlara belirli bir DNA zinciri yerleştirir ve bu da bu hücrelerin ısıl etkin iyon kanalları üretmesini sağlar. Daha sonra, araştırmacılar beynin aynı bölgesine özel olarak yapılmış manyetik nanopartikülleri enjekte ederler. Bu nanopartiküller, hedef nöronların yüzeyine tutunarak soğan kabuğuna benzeyen ince bir tabaka oluştururlar.
Beyne alternatif bir manyetik alan uygulandığında, nanopartiküllerin manyetiği hızla ters döner ve hedef hücreleri ısıtan ısıyı üretmesine neden olur. Bu da ısıya duyarlı iyon kanallarının açılmasına ve nöronların ateşlenmesine yol açar.
Araştırmacıların yeni eLife çalışmasında kullandıkları partiküller, bir manganez ferrit kabukla çevrili kobalt ferrit çekirdekten oluşuyor.
Optogenetik gibi diğer yöntemler üzerindeki faydası
Pralle yaklaşık 10 yıldır manyetotermal uyarımını geliştirme üzerine çalışıyor. Daha önce tekniğin, bir petri kutusundaki nöronları harekete geçirme ve sonra küçük bir C. Elegansı (yuvarlak solucan) davranışını kontrol etme konusundaki faydalarını göstermişti.
Pralle, manyetotermal uyarımının diğer derin beyin uyarımı yöntemleri üzerinde bazı faydaları olduğunu söyledi.
En bilinen tekniklerden biri olan optogenetik, hücreleri harekete geçirmek için manyetizm ve ısı yerine ışık kullanır. Ancak Pralle, optogenetikler genellikle beyindeki küçük fiber optik kablolarının implantasyonunu gerektirirken manyetotermal uyarımı daha az invaziv ve uzaktan bir şekilde bunu yapar dedi. Pralle, farenin beyni birkaç kez uyarıldıktan sonra bile hedef nöronlar hiçbir hasar görülmez diyerek sözlerine devam etti.
Araştırmanın bir sonraki aşaması, farelerin beynindeki birçok bölgeyi aynı anda harekete geçirip kapamak için manyetotermal uyarımını kullanmak. Pralle, bu projede Massachusetts Teknoloji Enstitüsü araştırmacısı Dr. Polina Anikeeva ve Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi ile birlikte çalışıyor. Ekibe devam eden çalışmalarını yürütmeleri için Ulusal Sağlık Enstitüsü bütçesinden 3,5 milyon dolar fon ayrıldı.
eLife’da yayımlanan araştırma, Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü ve İnsan Sınır Tanımayan Bilim Programı tarafından karşılandı.
Çeviri:Özge SERTBAŞ
Kaynak:https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170816134658.htm