روش نوآورانه «Zap-and-Freeze» و ثبت ارتباطات فوقسریع سلولهای عصبی
پژوهشگران مرکز پزشکی جانز هاپکینز گزارش کردند که موفق شدهاند با استفاده از روشی به نام «زدن و انجماد» (zap-and-freeze) ارتباطات بسیار سریع میان سلولهای مغزی را در بافت زندهٔ انسانی و موشی ثبت کنند. این روش امکان مشاهده تعاملاتی را فراهم میکند که معمولاً آنقدر سریع اتفاق میافتند که با روشهای مرسوم قابل رهگیری نیستند.
بر اساس گزارش بنیاد پارکینسون، اغلب موارد بیماری بهصورت پارکینسون اسپورادیک (غیروارثی) رخ میدهند؛ نوعی که با اختلال در سیناپس— محل میکروسکوپی انتقال پیام از یک نورون به نورون بعدی — مرتبط است. به دلیل کوچکی این محل و سرعت بالای فعالیتش، مطالعه دقیق آن طی سالها چالشبرانگیز بوده است.
شگِکی واتانابه (Shigeki Watanabe)، دانشیار زیستشناسی سلولی در جانز هاپکینز و نویسنده ارشد این مطالعه میگوید:
«امید داریم این روش جدید که به ما امکان مشاهده پویایی غشای سیناپسی در بافت زنده را میدهد، تفاوتها و شباهتهای پارکینسون ارثی و غیرارثی را روشنتر کند.»
او اضافه میکند که این تکنیک میتواند در آینده مسیر توسعه درمانهای جدید برای این اختلال نورودژنراتیو را هموار کند.
سیناپس سالم چگونه پیامها را منتقل میکند؟
در مغز سالم، وزیکولهای سیناپسی مانند بستههای کوچک حامل پیامهای شیمیایی از یک نورون به نورون بعدی عمل میکنند. این تبادل برای یادگیری، شکلدهی حافظه و پردازش اطلاعات ضروری است. واتانابه میگوید درک رفتار این وزیکولها در شرایط طبیعی برای یافتن نقاط اختلال در بیماریهای عصبی بسیار مهم است.
وی پیشتر به طراحی روش zap-and-freeze برای مشاهده تغییرات فوقسریع در غشاهای سیناپسی کمک کرده بود. این روش شامل یک تحریک الکتریکی بسیار کوتاه برای فعالسازی بافت مغز است و بلافاصله بعد از آن انجماد بسیار سریع انجام میشود تا ساختارهای سلولی در همان لحظه حفظ شوند و بعداً با میکروسکوپ الکترونی قابل بررسی باشند.
در مطالعهای که سال ۲۰۲۰ در Nature Neuroscience منتشر شد، این روش برای بررسی نقش پروتئینی به نام Intersectin بهکار رفت و نشان داد که این پروتئین چگونه وزیکولها را در جایگاه مناسب نگه میدارد تا آماده آزادسازی پیام عصبی شوند.
آزمایش روش در بافت مغزی انسان
در مطالعه جدید، پژوهشگران نمونههایی از مغز موش را با بافت مغزی زندهٔ قشری انسان مقایسه کردند؛ نمونههای انسانی مربوط به شش بیمار مبتلا به صرع بود که قرار بود ضایعه هیپوکامپ در آنها جراحی و برداشته شود.
در همکاری با ینس آیلرس و کریستینا لیپمان از دانشگاه لایپزیگ آلمان، ابتدا صحت عملکرد zap-and-freeze در بافت موش بررسی شد. آنها سیگنالدهی کلسیمی— محرک اصلی رهاسازی انتقالدهندههای عصبی — را مشاهده و تأیید کردند.
سپس با تحریک نورونهای موش، لحظهای که وزیکولهای سیناپسی با غشای سلول ادغام شده و پیام شیمیایی خود را آزاد میکردند ثبت شد. تیم همچنین مراحل اندوسیتوز— بازیابی و بازیافت وزیکولها — را نیز مستندسازی کرد.
وقتی همان روش روی بافت انسانی اعمال شد، همان الگوهای بازیافت وزیکولها در نورونهای انسانی نیز مشاهده شد.
شناسایی یک پروتئین کلیدی مشترک در مغز انسان و موش
در هر دو گونه، پژوهشگران حضور پروتئینی به نام Dynamin1xA را در محلهایی که تصور میشود اندوسیتوز سریع رخ میدهد، تشخیص دادند. این پروتئین برای بازیافت فوقسریع غشای سیناپسی ضروری است.
این شباهت نشان میدهد که مکانیسمهای مشاهدهشده در موش بهخوبی فرآیندهای مشابه در مغز انسان را بازتاب میدهند.
واتانابه میگوید:
«یافتههای ما نشان میدهد که مکانیزم مولکولی اندوسیتوز فوقسریع در بافت مغزی موش و انسان یکسان است.»
او تأکید میکند که این موضوع اهمیت مدلهای موشی برای مطالعه زیستشناسی مغز انسان را تقویت میکند.
گام بعدی: بررسی بافت مغز بیماران پارکینسون
واتانابه امیدوار است در آینده از روش zap-and-freeze روی بافت مغز بیمارانی که برای تحریک عمقی مغز (DBS) تحت عمل جراحی قرار میگیرند استفاده کند تا بفهمد پویایی وزیکولها در نورونهای مبتلا به پارکینسون چگونه تغییر میکند.
منبع:
Chelsy R. Eddings, Minghua Fan, Yuuta Imoto, Kie Itoh, Xiomara McDonald, Jens Eilers, William S. Anderson, Paul F. Worley, Kristina Lippmann, David W. Nauen, Shigeki Watanabe. Ultrastructural membrane dynamics of mouse and human cortical synapses. Neuron, 2025; DOI: 10.1016/j.neuron.2025.10.030
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم
