Beyni daha yaxşı başa düşmək üçün onun fəaliyyətini müşahidə etmək üçün yeni üsullara ehtiyacımız var. Bu, Avropa Molekulyar Biologiya Laboratoriyasında (EMBL) iki tədqiqat qrupunun rəhbərlik etdiyi molekulyar mühəndislik layihəsinin əsasını təşkil edir və bu, nevrologiya tətbiqləri üçün fotoakustik zondlar yaratmaq üçün yeni yanaşma ilə nəticələnir. Tapıntılar Journal of the American Chemical Society jurnalında dərc olunub .

“Fotoakustika bütün siçan beyninin təsvirini çəkmək üçün bir yol təklif edir, lakin bizdə sadəcə neyronun fəaliyyətini vizuallaşdırmaq üçün düzgün zondlar çatışmır” dedi EMBL qrupunun rəhbəri və bu məqalənin baş müəllifi Robert Prevedel. Bu texnoloji problemin öhdəsindən gəlmək üçün o, başqa bir EMBL qrup lideri və eyni zamanda kağız üzərində baş müəllif olan Claire Deo ilə işlədi. O və komandası kimya mühəndisliyi üzrə ixtisaslaşmışdır.

“Biz göstərə bildik ki, beynin xüsusi bölgələrindəki neyronları, bizim xüsusi fotoakustik mikroskopumuz tərəfindən aşkarlanacaq qədər parlaq zondlarla həqiqətən etiketləyə bilərik” dedi Prevedel.

Alimlər ionlar və ya biomolekullar kimi müəyyən kimyəvi maddələri izləməklə bioloji proseslər haqqında daha çox məlumat əldə edə bilərlər. Fotoakustik zondlar xüsusi olaraq onlara bağlanaraq aşkarlanması çətin olan kimyəvi maddələr üçün “müxbir” rolunu oynaya bilər. Zondlar daha sonra lazerlər tərəfindən həyəcanlandıqda işığı udmaq və xüsusi görüntüləmə avadanlığı tərəfindən aşkar edilə bilən səs dalğaları yaymaq olar.

Neyrologiya tətbiqləri üçün tədqiqatçılar indiyədək fotoakustika üçün uyğunlaşdırılmış beyin funksiyalarını vizuallaşdıra bilən hədəflənmiş reportyorlar hazırlaya bilməyiblər.

Tədqiqatçılar sintetik boyalardan neyronal fəaliyyətin fotoakustik reportyorları kimi istifadə etməyi sınaqdan keçirsələr də , boyanın hara getdiyinə və nəyin etiketlənəcəyinə nəzarət etmək çətin idi. Zülallar xüsusi molekulları işarələmək üçün zondlar kimi xüsusilə faydalı olmuşdur, lakin hələ də bütün beyində sinir fəaliyyətini izləmək üçün effektiv fotoakustik zondlara səbəb olmayıb.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724842330&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-photoacoustic-probes-enable-deep-brain.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724842041022&bpp=1&bdt=299&idt=353&shv=r20240822&mjsv=m202408210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724842032%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724842032%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695&nras=2&correlator=530659137965&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2132&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C31086546%2C44795921%2C95338228&oid=2&pvsid=2921795940134093&tmod=687684231&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage5.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Tədqiqatın ilk müəllifi Alexander Cook, “Bizim vəziyyətimizdə, zülalı rasional dizayn edilmiş sintetik boya ilə birləşdirərək, bu sensorların hər ikisindən ən yaxşısını aldıq və biz indi maraq doğuran xüsusi bölgələrdə neyronları etiketləyə və vizuallaşdıra bilərik” dedi. Deo qrupunda doktorluqdan əvvəl tədqiqatçı. Rasional dizayn yanaşmalarında tədqiqatçılar təsadüfi birləşmələri kor-koranə hazırlamaq və sınaqdan keçirmək əvəzinə, istənilən xüsusiyyətlərə malik molekullar yaratmaq üçün mövcud bilik və prinsiplərdən istifadə edirlər.

“Həmçinin, biz təkcə statik müşahidədən danışmırıq, əksinə, bu zond neyron aktivliyinin göstəricisi olan kalsiuma geri dönən, dinamik reaksiya göstərir”, – Kuk əlavə edib.

Deonun fikrincə, bu texnoloji inkişafın qarşısında mühüm problem dayanırdı. Fotoakustik zondlar geniş şəkildə tədqiq edilmədiyi üçün tədqiqatçılar qurduqları zondları qiymətləndirmək üçün bir yoldan məhrum idilər.

Nəticə etibarilə, layihə tədqiqatın həmmüəllifi və Prevedel Qrupunda doktorluqdan əvvəl tədqiqatçı olan Nikita Kaydanov ilə başladı və o, spektroskopiya qurğusunu sifarişlə hazırladı .

“Sınaq borularında və ya kyuvetlərdə zondun fotoakustik siqnallarını ölçə biləcək heç bir kommersiya qurğusu yoxdur, ona görə də biz onu qurmalı olduq” dedi Kaydanov. “Biz zondları qiymətləndirmək və optimallaşdırmaq üçün öz fotoakustik spektrometrimizi yaratdıq.”

“Bu, bir neçə şeyi qiymətləndirmək üçün etdiyimiz müxtəlif araşdırmaları qiymətləndirməyə və xarakterizə etməyə imkan verdi” dedi Deo. “Onlar aşkar edilə bilən fotoakustik siqnal yaradıblar? Kifayət qədər həssasdırlarmı? Biz növbəti addımları belə çıxardıq.”

Ancaq bir flakonda işləyən zondların istehsalı tədqiqatçıların dayanmaq istədiyi yer deyildi. Sonra onlar probların praktikada necə işlədiyini görmək istədilər. Onlar zondları siçan beyninə çatdırmağın bir yolunu tapdılar və hədəf beyin bölgələrindəki neyronlardan gələn fotoakustik siqnalları uğurla aşkar etdilər.

“Biz irəliləyişdən həyəcanlansaq da, aydın olmalıyıq ki, bu, bu zondların yalnız ilk nəslidir” dedi Deo. “Onlar çox perspektivli bir yanaşma təklif etsələr də, bizim daha çox işimiz var, lakin bu, bu sistemin nəyə imkan verə biləcəyinin və beyin funksiyasını daha yaxşı başa düşmək üçün potensialının yaxşı bir ilk nümayişidir.”

Əslində, bu növbəti addımlara boya çatdırma sisteminin təkmilləşdirilməsi və hüceyrələr daxilində dinamik təsvirlər üçün istifadə etmək qabiliyyətinin təsdiqlənməsi daxildir.

“Müxtəlif təcrübəyə malik bu qədər insanı bir araya gətirməsi həqiqətən EMBL-nin üstünlüklərindən biridir” dedi Prevedel. “Hər ikimiz özümüzə uyğun olaraq tərtibatçıyıq – mənim qrupum daha çox cihaz üzərində işləyir, Claire qrupu isə daha çox molekulyar alətlər edir. Və bunu daha sonra alətləri həqiqətən sınaqdan keçirən nevroloqlarla birləşdirmək – bu, tədqiqat aparmağın xüsusi və unikal üsuludur, yalnız EMBL-də mümkündür.”

Ətraflı məlumat: Alexander Cook və digərləri, Fotoakustik görüntüləmə üçün optimallaşdırılmış Chemigenetic Uzaq Qırmızı Etiketlər və Ca2+ Göstəriciləri, Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c07080

Jurnal məlumatı: Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı 

Avropa Molekulyar Biologiya Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir