سيمكن هذا الاختراق من فهم كيفية عمل الشبكات المعقدة لخلايا الدماغ من خلال استخدام ثقافات "optoint".
تعتبر شبكات خلايا الدماغ التي تنمو على وسط نمو في لوحات المختبر (مزارع الخلايا ثنائية الأبعاد) نموذجًا مناسبًا للعديد من الدراسات في مجال علم الأعصاب والطب. وتتمثل ميزتها الكبيرة في البساطة النسبية التي يمكن من خلالها اختبار التغيرات الفسيولوجية في أنماط نشاط الخلية، الناتجة عن التغيرات في بيئتها. ومع ذلك، فإن عيب مزارع الخلايا هو أنها تتكون من طبقة واحدة من الخلايا، ولا تشمل الاتصال المعقد ثلاثي الأبعاد لخلايا الدماغ الموجودة في جسم الإنسان والتي تشكل شبكات عصبية معقدة.
لم تكن المحاولات السابقة لتطوير نماذج ثلاثية الأبعاد لدراسة الجهاز العصبي المركزي ناجحة للغاية، وذلك بسبب التعقيد العالي لتطوير ثقافة ثلاثية الأبعاد تحاكي أنسجة الدماغ وبسبب التحدي المتمثل في تطوير طرق للدراسة. نشاط الشبكة في ثلاثة أبعاد. لقد نجح باحثو التخنيون الآن ولأول مرة في تطوير شبكات خلايا ثلاثية الأبعاد تحاكي الجوانب المعقدة لنشاط الدماغ، وهو الأمر الذي سيمكن من الفهم والتأثير على فسيولوجيا الجهاز العصبي المركزي. هذا ما تنشره المجلة العلمية المرموقة Nature Communications.
ويشير محرر المجلة إلى أن الشبكات العصبية ثلاثية الأبعاد هي نموذج واعد للأنسجة العصبية المعقدة، مما قد يؤدي إلى فهم بنية ووظيفة الدماغ. بالإضافة إلى ذلك، يقدم باحثو التخنيون طريقة متقدمة لمراقبة النشاط العصبي للثقافة الهندسية باستخدام نظام الفحص المجهري السريع الذي طوروه.
يوضح البروفيسور شاي شيم من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون، وفريق البحث الذي ضم د. هود دانا، د. عنات ماروم، شير بلوخ، رومان دفوركين، ود. عنبار بروش، أنهم قاموا بزراعة الثقافات المتقدمة في هلام شفاف يوفر الدعم للخلايا ويسمح لها بالاتصال وإنشاء شبكات عصبية. "من خلال التحكم في ظروف نمو الخلايا، توصلنا إلى كثافة وتركيبة خلايا مماثلة لتلك الموجودة في دماغ الإنسان، كما أظهرنا إنشاء وتطوير الروابط بين الخلايا واستقبال الشبكات التي تحافظ على النشاط العصبي". يلاحظ الدكتور ماروم. من أجل التمكن من دراسة نشاط الشبكة في ثلاثة أبعاد، يتم استخدام الأدوات البصرية: تم تعديل الخلايا العصبية في هذه الثقافات وراثيا بحيث يمكن رؤية نشاط الشبكة تحت المجهر الفلوري، ومن هنا جاء لقب "optonet".
ولملاحظة نشاط الخلايا بشكل ثلاثي الأبعاد، طور الباحثون نظام تصوير متطور يطبق تقنية "التركيز الزمني" - وهو مبدأ من عالم البصريات غير الخطية تم تطويره قبل حوالي عقد من الزمن في معهد وايزمان. يوضح الدكتور دانا: "يعد نظام التصوير الذي قمنا بتطويره خطوة مهمة في تحسين القدرة البحثية على مراقبة نشاط خلايا الدماغ المتعددة في المكان والزمان وبالتالي استخلاص استنتاجات حول نشاط الدماغ".
"من خلال التطورات التكميلية في المجهر وهندسة الأنسجة العصبية، أظهرنا قدرة غير مسبوقة على مراقبة أكثر من ألف خلية تتطور في الشبكات العصبية ذات أنماط النشاط الذاتي المعقدة. تفتح هذه الابتكارات نافذة لمزيد من التطورات في مجال الواجهات العصبية والمزيد من التطبيقات للشبكات الهندسية ثلاثية الأبعاد، بدءًا من أبحاث الدماغ الأساسية وحتى فحص تأثير الأدوية العصبية على نشاط الخلايا العصبية" يختتم البروفيسور شاهام .
الفيديو: فيديو يصف النشاط الثقافي الذي قمنا بتطويره. تشاهد في الفيلم جزءًا من المزرعة يحتوي على حوالي 1000 خلية، ثم تركز على مساحة صغيرة ذات نشاط متزامن لمجموعة من الخلايا (وهذه إحدى الخصائص الفريدة للنشاط الذي وجدناه في هذه الدراسة). إن التغير في لون الخلايا يشير إلى نشاطها الذي قمنا بقياسه.
