استفاده از زیست‌الکترونیک برای ساخت دستگاه رهایش دارو در مغز

هورمون‌ها و مواد مغذی با مکانیزم قفل و کلید به گیرنده های سطح سلول متصل می‌شوند که این کار باعث اتفاقاتی داخل سلول می‌شود که با آن گیرنده خاص مرتبط است. داروهایی که از مولکول‌های طبیعی تقلید می‌کنند به طور گسترده برای کنترل این مکانیسم‌های سیگنالینگ داخل سلول به منظور اهداف درمانی و تحقیقات، استفاده می‌شوند.

در پژوهشی که به تازگی توسط محققانی از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و همکاری پژوهشگرانی از  دانشگاه اورگان (OHSU) انجام شده است، فناوری میکروالیاف برای تحویل و فعال‌سازی دارو ارائه شده است، دارویی که  در اثر قرار گرفتن در معرض نور می‌تواند به گیرنده سلول متصل شود.

جیمز فرانک، که پیش از این در دوره پسا دکترای با گروه بیوالکترونیک پولینا آنیکیوا از MIT همکاری داشته، می‌گوید: «یک مانع بزرگ در مسیر استفاده از داروهای قابل کنترل با نور در متعادل‌سازی مدارهای عصبی در حیوانات زنده وجود دارد، این مانع فقدان سخت افزاری است که امکان انتقال همزمان نور و دارو به ناحیه مورد نظر در مغز را فراهم می کند. کار ما ارائه رویکردی یکپارچه برای تحویل نور و دارو از طریق یک فیبر منفرد است.»

از این دستگاه‌ها برای رساندن داروهای موسوم به فتوسوئیچ در اعماق مغز استفاده می‌شود. فتوسوئیچ به مولکول‌های حساس به نور گفته می‌شود که می توانند به داروها متصل شوند تا فعالیت آنها را با کمک نور، روشن یا خاموش کنند. در این پروژه محققان از فوتوسوئیچ برای کنترل فعالیت و رفتار عصبی در موش ها استفاده کردند.

برای استفاده از نور در کنترل فعالیت دارو، نور و دارو باید به طور همزمان به سلول‌های هدف تحویل داده شوند. این یک چالش اساسی است. مارک جوزف دانشجوی دکتری آزمایشگاه بیوالکترونیک، متخصص در ساخت الیاف چند منظوره زیست سازگار است، الیافی که کانال‌های میکروسیال و راهنماهای موج را برای انتقال مایعات و انتقال نور در خود جای داده است.

الیاف چند منظوره مورد استفاده در این پروژه حاوی یک کانال سیال و راهنمای‌موج‌ نوری است و از لایه‌هایی از مواد مختلف تشکیل شده است که برای ایجاد انعطاف‌پذیری و مقاومت در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.

الیاف در مقیاس بزرگ شکل داده شده و سپس گرم و کشیده می‌شود تا این رشته‌ها طویل‌تر شوند اما قطر آن تقریباً 70 برابر کوچکتر از حالت اولیه خواهد شد. با این روش می‌توان صدها متر فیبر کوچک شده با قطری در حد میکرومتر را از الگوی اصلی ایجاد کرد که آسیب به بافت را به حداقل برساند.

دستگاه مورد استفاده در این پروژه حاوی یک فیبر قابل کاشت 480 میکرومتر در 380 میکرومتر و وزن آن فقط 0.8 گرم بود، به اندازه کافی کوچک که یک موش می تواند برای مدت چندین هفته آن را به راحتی روی سر خود حمل کند.

عملکرد این سیستم جدید فتوسوئیچ توسط فرانک، کنراد و همکارانش روی سلول‌های کشت شده در یک ظرف با موفقیت اثبات شده بود، اما هرگز در حیواناتی که حرکت آزاد دارند، این فناوری آزمایش نشده بود.

فرانک و آنتونینی برای آزمایش اینکه آیا سیستم آنها می تواند سلول های عصبی در مغز را فعال کند، آن را روی موش‌ها آزمایش کردند که نتایج موفقیت‌آمیزی در پی داشت.