منذ ما يقرب من عقدين من الزمن، ظهرت استراتيجية تسمى علم البصريات الوراثي للتحكم في نشاط الدماغ باستخدام الليزر. يستخدم الفيروسات لإدخال الجينات في الخلايا التي تجعلها حساسة للضوء.
أحدثت تقنية Optogenetics ثورة في علم الأعصاب من خلال منح الباحثين طريقة دقيقة لإثارة أو كبت دوائر الدماغ وإلقاء الضوء على الدور الذي تلعبه في الدماغ. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي لهذا العمل هو أنه عادة ما يستهدف فقط الخلايا المعدلة وراثيا للاستجابة للضوء. الآن طور العلماء في الصين طريقة جديدة للتحكم في خلايا الدماغ باستخدام الضوء دون هذا القيد، مما يحتمل أن يوسع بشكل كبير تطبيقات هذا النهج البصري.
تمتلك Optogenetics عددًا من المزايا مقارنة بالطرق السابقة للتحكم في الخلايا العصبية. غالبًا ما تثبت التقنيات الكهربائية أنها ضخمة وغازية، مما يؤدي إلى حدوث التهاب، بينما غالبًا ما تعمل الأدوية ببطء وبدون دقة، مع آثار جانبية غير مرغوب فيها. ومع ذلك، فإن حقيقة أن علم البصريات الوراثي يعمل فقط على الخلايا المعدلة وراثيًا قد اقتصر إلى حد كبير على الأبحاث المعملية.
في الدراسة الجديدة، قام العلماء بتجربة ثنائيات السيليكون أحادية البلورة الرقيقة. عند إضاءتها بأشعة الليزر، يمكن للأجهزة الكهروضوئية المرنة أن تولد مجالات كهربائية موجبة أو سالبة، اعتمادًا على قطبية الضوء.
في الاختبارات التي أجريت على الخلايا العصبية المزروعة في المختبر، ويمكن أن تثير ثنائيات السيليكون أو تمنع النشاط العصبي، اعتمادًا على جهدها الإيجابي أو السالب. في التجارب التي أجريت على الفئران، يمكن للأجهزة أيضًا تحفيز أو إسكات النشاط العصبي في الرجل الخلفية وفي جزء الدماغ الذي يتعامل مع حاسة اللمس.
يقترح الباحثون أن أغشية السيليكون هذه يمكن استخدامها في تحفيز الخلايا العصبية اللاسلكية الخالية من البطاريات عن طريق ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة الذي يمكنه اختراق الأنسجة. تشمل التطبيقات المحتملة التلاعب بالأعصاب الطرفية للتحكم في حركات الأطراف، والحبل الشوكي لتسكين الآلام، والعصب المبهم لعلاج الصرع، وشبكية العين للأطراف الاصطناعية البصرية، كما يقول المؤلف المشارك الأول للدراسة “شينغ شنغ”، وهو عالم مواد ومهندس كهربائي في Tsinghua . جامعة بكين .
بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الأجهزة قابلة للامتصاص بيولوجيًا، مما يعني أنها تذوب بشكل طبيعي في الجسم. لذلك، ليست هناك حاجة لعملية جراحية في الدماغ لاستخراجها بعد تحقيق أي هدف علاجي مخطط له.
يقول شنغ: “في هذه الأيام، تعد واجهات الدماغ والآلة موضوعات ساخنة للغاية”. “ومع ذلك، يركز معظم الناس على جزء من الدماغ – علماء الأعصاب؛ أو جزء الآلة – مهندسو الكهرباء. نحتاج حقًا إلى المزيد من الأشخاص للتعامل مع الواجهة، وهذا هو المفتاح الأساسي “.
لاحظ العلماء أنهم لم يروا بعد كيف يمكن أن تساعد أجهزتهم في نماذج المرض. في الوقت الحالي، “نحتاج إلى تحديد السيناريو الأكثر قابلية للتطبيق لاستخدام أجهزتنا وتصميم الأنظمة وفقًا لذلك لتلبية التطبيقات في الجسم الحي، وتلبية معايير عمليات الزرع السريرية”، كما يقول شينج.قام الباحثون بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت في 5 سبتمبر في مجلة Nature Biomedical Engineering
