به نقل از مشرق از ستاد نانو، نتایج آزمایش های انجام شده روی گورخرماهی و موش نشان می دهد این فناوری می تواند بازسازی اعصاب را تسریع کرده و توان حرکتی را به طور چشمگیری بهبود بخشد؛ دستاوردی که افق های تازه ای را در درمان آسیب های نخاعی و پزشکی بازساختی گشوده است.

آسیب های نخاعی از جمله شدیدترین صدماتی هستند که می توانند زندگی افراد را دگرگون کنند. در اغلب موارد، سلول های عصبی نخاع توانایی اندکی برای بازسازی طبیعی دارند و تشکیل بافت های اسکار در محل آسیب نیز مانع رشد دوباره رشته های عصبی می شود. به همین دلیل، درمان این آسیب ها همواره یکی از بزرگ ترین چالش های علوم اعصاب و پزشکی بازساختی به شمار رفته است.

اکنون گروهی از پژوهشگران مؤسسه فناوری فدرال زوریخ (ETH Zurich) راهکاری نوآورانه ارائه کرده اند که می تواند چشم انداز درمان آسیب های نخاعی را متحول کند. این دستاورد که نتایج آن در نشریه معتبر Nature Materials منتشر شده، بر پایه ترکیب سلول های بنیادی عصبی با نانوذرات مغناطوالکتریک شکل گرفته است؛ ترکیبی که در قالب میکروربات های زیستی عمل می کند و قادر است فرآیند ترمیم بافت عصبی را تسریع کند.

پیوند هوشمند سلول های بنیادی و نانوذرات

در این فناوری، پژوهشگران از سلول های پیش ساز عصبی (NPC) استفاده کرده اند. این سلول ها از سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPS) به دست می آیند؛ سلول هایی که در آزمایشگاه از سلول های معمولی بدن بازبرنامه ریزی شده اند تا ویژگی های سلول های بنیادی را دوباره به دست آورند. این سلول ها توانایی تبدیل شدن به انواع مختلف سلول های دستگاه عصبی را دارند.

در کنار این سلول ها، نانوذرات ویژه ای به کار گرفته شده اند که از دو لایه تشکیل شده اند. لایه داخلی به میدان های مغناطیسی واکنش نشان می دهد و لایه بیرونی این واکنش را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. ترکیب این دو جزء، ساختار جدیدی را پدید آورده که پژوهشگران آن را NPCbot نامیده اند.

آزمایشگاهی به اندازه یک تراشه

فرآیند ساخت این میکروربات ها در سامانه های آزمایشگاه روی تراشه انجام می شود؛ بسترهایی بسیار کوچک با مساحتی در حدود یک سانتی متر مربع. در این سامانه ها ابتدا سلول های عصبی در یک مخزن میکروسکوپی به دام انداخته می شوند و سپس نانوذرات به آن ها افزوده می شود تا به یکدیگر متصل شوند.

نکته قابل توجه آن است که تنها پس از حدود 30 دقیقه، میکروربات هایی با اندازه تقریبی شش میکرومتر آماده استفاده می شوند. پژوهشگران برای تولید انبوه این ساختارها، چندین سامانه آزمایشگاه روی تراشه را به صورت هم زمان به کار گرفته اند. برای مطالعات سلولی به صدها هزار میکروربات و برای آزمایش های حیوانی به چند میلیون نمونه نیاز است.

بازگشت توان شنا در گورخرماهی

نخستین آزمایش ها روی لاروهای گورخرماهی دارای آسیب نخاعی انجام شد. میکروربات ها با دقت به محل آسیب تزریق شدند و سپس میدان های الکترومغناطیسی به کار گرفته شد تا سلول های بنیادی تحریک شوند.

نتایج فراتر از انتظار بود. تنها سه روز پس از درمان، گورخرماهی ها تقریباً توانایی طبیعی خود در شنا کردن و جست وجوی محیط را بازیافتند. پژوهشگران مشاهده کردند که سلول های بنیادی با سرعت بیشتری به سلول های عصبی تبدیل شده و روند ترمیم نخاع به شکل محسوسی تسریع شده است.

موفقیت در موش های دارای قطع کامل نخاع

مرحله بعدی پژوهش روی موش هایی انجام شد که نخاع آن ها به طور کامل قطع شده بود. برخلاف گورخرماهی، نخاع موش ها به طور طبیعی قابلیت بازسازی مؤثر ندارد و به همین دلیل این مدل آزمایشی اهمیت ویژه ای داشت.

پس از 28 روز، بررسی ها نشان داد که سلول های عصبی در محل آسیب دوباره با یکدیگر ارتباط برقرار کرده اند. همچنین موش های درمان شده به تدریج الگوهای حرکتی طبیعی تری از خود نشان دادند. طول گام ها، هماهنگی حرکتی، نحوه راه رفتن و رفتارهای اکتشافی آن ها به طور قابل توجهی بهبود یافت.

پژوهشگران همچنین گزارش کردند که هیچ نشانه ای از عوارض جانبی جدی یا واکنش های نامطلوب سیستم ایمنی در حیوانات مشاهده نشده است.

تحریک الکتریکی بدون نیاز به کاشت الکترود

یکی از مهم ترین مزیت های این فناوری، حذف نیاز به کاشت الکترودها و سیم های تحریک کننده در بدن است. در روش های رایج، تحریک الکتریکی سلول های بنیادی معمولاً به تجهیزات کاشتنی وابسته است؛ اما در فناوری جدید، نانوذرات مغناطوالکتریک سیگنال های مغناطیسی خارجی را مستقیماً به پالس های الکتریکی تبدیل می کنند.

به این ترتیب پزشکان تنها با اعمال میدان های مغناطیسی از خارج بدن می توانند سلول های بنیادی را در محل آسیب تحریک کنند. این ویژگی باعث می شود درمان بسیار کم تهاجمی تر و ایمن تر باشد؛ موضوعی که در مورد بافت حساس نخاع اهمیت ویژه ای دارد.

پس از آنکه سلول های پیش ساز به سلول های عصبی بالغ تبدیل شدند، ساختار میکروربات ها به تدریج در بافت حل می شود. پژوهشگران معتقدند پوشش تیتانات باریم موجود روی نانوذرات، پایداری و سازگاری زیستی مناسبی برای این سامانه فراهم می کند، هرچند بررسی های بیشتری برای تعیین سرنوشت بلندمدت این ذرات در بدن لازم است.

فراتر از درمان آسیب نخاعی

با وجود نتایج امیدوارکننده، هنوز راه درازی تا آغاز آزمایش های انسانی باقی مانده است. پژوهشگران باید بهترین پارامترهای میدان مغناطیسی، مدت زمان تحریک و سایر ملاحظات بالینی را برای انسان تعیین کنند.

با این حال، ظرفیت این فناوری تنها به درمان آسیب های نخاعی محدود نمی شود. به گفته محققان، پلتفرم تولید میکروربات های زیستی می تواند در حوزه های دیگری همچون بیماری های قلبی، درمان سرطان، ترمیم زخم ها و سایر روش های پزشکی بازساختی هدفمند نیز به کار گرفته شود.

اگر این فناوری مسیر موفقیت آمیز خود را ادامه دهد، میکروربات های زیستی می توانند نسل جدیدی از درمان های دقیق، کم تهاجمی و مؤثر را در پزشکی آینده رقم بزنند؛ درمان هایی که زمانی تنها در داستان های علمی-تخیلی قابل تصور بودند و اکنون در آستانه ورود به دنیای واقعی قرار دارند.