كيف يمكن لصمامات السيليكون الثنائية (Silicon Diods) معالجة الخلايا العصبية دون الحاجة إلى تعديل الخلايا جينيًا أولاً
منذ ما يقرب من عقدين من الزمن ، ظهرت استراتيجية تسمى علم البصريات الوراثي (Optogenetics) للتحكم في نشاط الدماغ باستخدام الليزر. تستخدم هذه الاستراتيجيات الفيروسات لإدخال الجينات في الخلايا التي تجعلها حساسة للضوء . أحدثت تقنية البصريات الوراثية 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 قد يؤدي إلى توسيع تطبيقات هذا النهج البصري بشكل كبير .
تمتلك البصريات الوراثية عددًا من المزايا مقارنةً بالطرق السابقة للتحكم بالخلايا العصبية . غالبًا ما تثبت التقنيات الكهربائية أنها ضخمة واجتياحية ، مما يؤدي إلى حدوث التهاب ، بينما غالبًا ما تعمل الأدوية ببطء وبدون دقة ، مع آثار جانبية غير مرغوب فيها . ومع ذلك ، فإن حقيقةَ أن علم البصريات الوراثي يعمل فقط على الخلايا المعدلة وراثيًا قد اقتصرت إلى حد كبير على الأبحاث المعملية .
في الدراسة الجديدة ، جرب الباحثون صمامات السيليكون الثنائية 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 ، يمكن أن تثير ثنائيات السيليكون النشاط العصبي أو تمنعه ، 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 التطبيقاتُ المحتملة التلاعبَ بالأعصاب الطرفية للتحكم في حركات الأطراف ، و نخاع شوكي لتسكين الآلام ، والعصب المبهم لعلاج الصرع ، وبدائل إصطناعية لشبكية العين ، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة Xing Sheng ، وهو عالم مواد ومهندس كهربائي في Tsinghua. جامعة بكين .
تُظهر السلسلة العليا من الصور الانحلال الطبيعي لفيلم السيليكون على PLLA-PTMC ملفوفًا حول العصب الوركي للفئران. تُظهر السلسلة السفلية الانحلال الطبيعي لفيلم السيليكون على قشرة دماغ الفئران .
بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه الأجهزة قابلة للامتصاص بيولوجيًا ، مما يعني أنها تذوب بشكل طبيعي في الجسم. لذلك ، ليست هناك حاجة لعملية جراحية في المخ 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 وهم علماء الأعصاب . أو جزء الآلة وهم مهندسو الكهرباء . نحتاج حقًا إلى المزيد من الأشخاص للتعامل مع الربط تلك الواجهات ، 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 .
المصدر :