محققان روشی ارائه دادند که با استفاده از آن می‌توان واکنش سلول‌های مغزی به ضربه را مشاهده کرد. در این روش ضربه به کشتهای سلولی اعمال شده و از عواقب آن و واکنش سلول‌ها تصویربرداری می‌شود.
این گروه از یک دستگاه آزمایشگاهی ویژه بهره بردند که می‌تواند نورون‌های داخل کشت سه بعدی سلولی را فشرده کند و با استفاده از یک میکروسکوپ قدرتمند به طور مداوم تغییرات ساختاری سلول را زیر نظر بگیرد.
نمایش مراحل مرگ یک نورون
کریستین فرانک، استادیار دانشگاه براون و نویسنده این مقاله می‌گوید:
«این نخستین مطالعه‌ای است که از این روش برای بررسی سلول‌های مغزی و تحت نظر گرفتن آنها بهره برده می‌شود. ما هیجان زده هستیم چرا که در نهایت می‌توانیم اطلاعاتی در مورد زمانی که سلول‌ها شروع به انحطاط می‌کنند، زمانی که می‌میرند و چگونگی این روند به دست آوریم».
یکی از یافته‌های کلیدی این پژوهش این است که پس از یک رویداد فشرده‌سازی مانند آسیب مغزی ناشی از ضربه (TBI)، حدود شش ساعت طول می‌کشد تا نورون‌ها آسیب ساختاری جبران ناپذیر ببینند. فرانک می‌گوید: این نشان می‌دهد که ممکن است یک فرصت برای مداخله درمانی با هدف به حدأقل رساندن آسیب وجود داشته باشد.
همچنین دو نوع مختلف از آسیب ساختاری در سلول‌های تحت فشار مشاهده شد. یک نوع آسیب منتشر آکسونی نامیده می‌شود که دانشمندان آن را به عنوان مشخصه TBI سلولی می‌شناسند. اما شکل دوم که منجر به مرگ سلولی می‌شود پیش از این مربوط به TBI نبوده است. این یافته نشان می‌دهد که وسعت آسیب TBI در مغز می تواند در برخی موارد تخمین زده شود.
فرانک می‌گوید: «ما امیدواریم که که این کار آغازی برای پژوهشهای آینده در مورد TBI باشد. هنگامی که ما درک کنیم چگونه این اتفاق در سطح سلولی می‌افتد می‌توانیم با افزودن پیچیدگی‌هایی بفهمیم که چگونه در مغز نیز انجام می‌شود».
تبدیل دو به سه بعد
بیشتر مطالعات آزمایشگاهی بر روی آسیب نورونی با استفاده از کشتهای دو بعدی سلولی و رشد یافته در پتری دیش (ظرفی بشقاب مانند از جنس شیشه یا پلاستیک با عمق کم و دردار) انجام شده است. برای اینکه ببینیم برای سلول‌های تحت فشار چه اتفاقی می‌افتد، پژوهشگران هم آنها را می‌کشند و هم آنها را در معرض نیروهای برشی قرار می‌دهند. اما روشهای دو بعدی نمی‌تواند به خوبی نیروی فشاری که به عنوان یک عامل مهم در ضربات سر شناخته می‌شود را بررسی کند.
فرانک می‌گوید: «ما می خواستیم این جنبه از فشرده‌سازی را به کار آزمایشگاهیمان اضافه کنیم و تنها راه انجام آن، استفاده از سه بعد بود».
فرانک و همکارانش سلول‌های عصبی موش را در کشت سه بعدی کلاژن رشد دادند. سپس کشت را در دستگاه خود قرار دادند. این دستگاه دارای یک وسیله هیدرولیکی پیستونی است که در بالای یک میکروسکوپ لیزری قرار گرفته است. پیستون نیروی فشاری تنظیم شده‌ای را با دقت به کشت می‌افزاید و میکروسکوپ به طور مداوم از ساختارهای سلولی تصویربرداری می‌کند.
ساعت‌ها تا زمان مرگ
مشاهده زمان واقعی یک بخش کلیدی از کار بود، فرانک می‌گوید: «اگر ما بتوانیم به طور مداوم آنها را تحت نظر بگیریم می‌توانیم اطلاعاتی دقیق از زمانی که آسیب دائمی آغاز می‌شود و در نهایت زمانی که سلول‌های می‌میرند به دست آوریم».
پژوهشگران متوجه شدند در بیشتر مواقع آسیب و مرگ سلول بلافاصه پس از ضربه رخ نمی‌دهد. به نظر می‌رسد که سلول طی یک فرآیند تدریجی زیست شیمیایی، آسیب می‌بیند و در نهایت می‌میرد. یکی از مشکلات این است که هیچ کس نمی‌داند دقیقاً فرآیند چه مدت پس از ضربه اتفاق می‌افتد یا اینکه این فرایند کند است یا سریع، چون همه وابسته به شدت ضربه است.
فرانک متوجه شد که حدود شش ساعت طول می‌کشد تا سلول‌های عصبی نشانه‌های آسیب جبران ناپذیر در اثر ضربه به سر را نشان دهند. اما زمان مرگ سلول با توجه به میزان فشرده‌سازی متفاوت است. برای نمونه سلول‌های در معرض «فشار ۷ درصد» پس از حدود ۱۲ ساعت می‌میرند و آنهایی که در معرض «فشار ۱۲ درصد» بودند حدود ۷ ساعت مرگ آنها طول می‌کشد.
وی اظهار داشت: «سامانه ما پیچیدگی یک مغز واقعی را ندارد و دقیقاً نقش یک بیمار TBI را بازی نمی‌کند. ما تنها می‌خواستم برای شروع اطلاعاتی در مورد چگونگی پاسخ نورون به فشار داشته باشیم. ما فکر می‌کنیم این نقطه آغاز خوبی برای پژوهشهای بیشتر در این زمینه است».
انواع مختلف آسیب
مزیت خاص دستگاه فرانک این است که قادر است مقدار دقیق فشرده‌سازی و مدت زمان آن (که نرخ فشار نامیده می‌شود) را کنترل کند. این مطالعه نشان داد که هر دو عامل به روشهای گوناگون بر آسیب سلولی تأثیرگذار است. مقدار کل فشرده‌سازی بر روی زمان مرگ سلولی تأثیر گذار است و نرخ فشار مسئول تعداد سلول‌های آسیب دیده است.
زمانی که نرخ فشار بالاتری مورد استفاده قرار گرفت آسیب منتشر آکسونی (DAI) توسعه یافت؛ این آسیب یک مشخصه TBI است که در آن زائده سلولی به نام آکسون متورم شده و در نهایت شکسته می‌شود و در نقطه شکست حباب و یا «تاول» تشکیل می‌شود. اما در نرخ فشار آهسته‌تر آسیب ساختاری شکلی متفاوت دارد؛ به جای شکستن و تشکیل تاول، آکسون و التهابها به سادگی با مرگ سلول از بین می‌روند.
فرانک می‌گوید: «آسیب شناسان با توجه به تاول‌ها و سایر نشانه‌های DAI تشخیص می‌دهند که TBI رخ داده و چگونه آسیب گسترش می‌یابد. اما با توجه به نتایج این مطالعه آنها ممکن است نوع دیگری از مورفولوژی را از دست بدهند».
اثر نرخ فشار از این جهت اهمیت دارد که بفهمند TBI و اثرات مربوط به آن چه سرعتی دارد اما هنوز مشخص نیست که چگونه موج انرژی از طریق مغز منتقل می‌شود. نرخ فشار اعمال شده به سر می‌تواند بسیار متفاوت از آن چیزی باشد که از طریق مغز منتقل می‌شود و این مطالعه نشان داد که بسته به میزان فشار، ظهور آسیب می تواند متفاوت باشد.
فرانک و همکارانش قصد دارند با ادامه استفاده از دستگاه خود، TBI سلولی را کشف کنند. آنها قصد دارند در آینده برای شبیه‌سازی بهتر بافت مغز محیط کشت را پیچیده‌تر کنند. آنها همچنین علاقه‌مندند تا از دستگاه خود برای بررسی اقدامات درمانی امکان پذیر بهره ببرند.
فرانک می‌گوید: «این بسیار عالی است که ما یک سامانه کنترلی بسیار خوب برای ایجاد آسیب داشته باشیم که بتواند برای بررسی روشهای درمانی نیز مورد استفاده قرار گیرد. برای نمونه می‌توان داروها را به داخل کشت تزریق کرد و اثرات آن را مشاهده کرد».
فرانک امیدوار است که نتایج حاصل از این نوع مطالعات آزمایشگاهی آغازی برای پژوهشهای بالینی با هدف کاهش اثرات مخرب TBI باشد.
این مطالعه در مجلۀ گزارش‌های علمی منتشر شده است.
منبع: futurity.org
