السيطرة على مخ القرود بالضوء يمكن أن تصبح أسهل بمشروع البيانات المفتوحة

السيطرة على مخ القرود بالضوء يمكن أن تصبح أسهل بمشروع البيانات المفتوحة

8 فبراير , 2021

ترجم بواسطة:

شهد الحربي

بدأ عالم الأعصاب سيباستيان تريمبلاي في التلاعب بأدمغة القرود بالاستعانة بالضوء ولكن على الرغم من العمل الذي تجاوز 10 سنوات، فإن التقدم كان بطيئًا ولكن بعد مشاركة ال 66 مجموعة يأمل العلماء في أن تسهم قاعدة البيانات على الحد من الجهود الضائعة من خلال تجميع إخفاقات هذا الميدان.

عندما بدأ عالم الأعصاب سيباستيان تريمبلاي في التلاعب بأدمغة القرود بالاستعانة بالضوء، كان الزملاء لديهم نصيحة واقعية: “إن الأمر أكثر صعوبة مما يبدو”.

يستخدم ترمبلاي، (الذي يعمل في مختبر عالم الأعصاب مايكل بلات في جامعة بنسلفانيا) الضوء لتنشيط أو إسكات مجموعات معينة من الخلايا العصبية وتحقيق دورها في وظيفة الدماغ. والواقع أن هذه الطريقة، التي يطلق عليها مسمى “التغيرات الوراثية اللاجينية”، تعمل بشكل جيد في القوارض، ولكن الدراسات في غير البشر تشكل أهمية بالغة إذا كان لها أن تتحول إلى علاج للبشر ــ لقمع النوبات التشنجية، على سبيل المثال، تعطيل الهزات في مرض باركنسون، أو حتى عرض الصور في دماغ شخص أعمى.

ولكن على الرغم من العمل الذي تجاوز 10 سنوات، فإن التقدم كان بطيئًا. حُسنت أدوات لجعل الخلايا حساسة إلى حد كبير في القوارض وتتصرف بشكل لا يمكن التنبؤ به في القرود. من الصعب إلقاء الضوء على الأنسجة الكافية في أدمغة الحيوانات الرئيسية الكبيرة لتغيير سلوك الحيوانات بشكل جدير بالثقة. فقد ابتكر الباحثون نهجهم بالتجربة والخطأ، وغالباً من دون أن يعرفوا ما نجح أو لم ينجح الآخرون.

ويأمل تريمبلاي، بلات، وزملاؤه من مختبرات عديدة يبلغ عددها 45 مختبرا لعلم التعديل الوراثي اللاجيني في تسع دول أن يغيروا ذلك من خلال قاعدة البيانات المفتوحة غير البشرية للباحث في مؤسسة Primate Optogenetics، والتي نشرت نتائجها الأولى في الأسبوع الماضي. تحتوي قاعدة البيانات على تفاصيل دقيقة عن النجاحات والإخفاقات، التي لم ينشر الكثير منها. وإذا كان من الممكن الإبقاء عليه، فقد يتضمن قريباً اختبارات على القرود تشتمل على أدوات جديدة واعدة في مجال التعديل الوراثي اللاجيني. يقول هونغكوي تسنغ، وهو عالم اعصاب يعمل على تطوير أدوات التغير الوراثي اللاجيني للفئران في معهد Allen لعلوم الدماغ ولم يشارك في المشروع: “إن نهج البيانات المفتوحة يتمتع بقوة هائلة ومفيد للغاية للمجتمع”.

في علم الوراثة البصرية، يمنح الباحثون خلايا الدماغ جينًا واحدا من العديد من البروتينات الحساسة للضوء من الميكروبات. هذه البروتينات يمكن أن تؤثر على تدفق الأيونات داخل وخارج الخلايا العصبية للسيطرة على ما إذا كان يطلق إشارة كهربائية. اعتمادا على الأوبسين opsin، يمكن للباحثين إثارة أو تثبيط الخلايا العصبية عن طريق تسليط الضوء عليها، وعادة عن طريق الألياف البصرية المزروعة.

تم إجراء هندسة جينيا لسلالات الفئران للتعبير عن الأوبسين في أدمغتهم منذ الولادة. ولكن في الوقت الراهن، يعني نقل الأوبسين إلى الخلايا العصبية للقرد يعني إصابة الخلايا بفيروس حُقن عبر فتحة في الجمجمة. وإلى جانب الحمض النووي الخفي، يحمل الفيروس عادة تسلسلاً يسمى المروّج، والذي يقيد تعبير الأوبسين على أنواع معينة من الخلايا.

لا توجد صيغة مؤكدة للحصول على خلايا دماغ القرد التي تصنع الأوبسين. وفي إطار البحث عن التركيبة الصحيحة من السلالات الفيروسية والمروجين لها، يقول آرش أفروز، عالم الأعصاب في المعهد الوطني للصحة العقلية في الولايات المتحدة: “لقد دخلنا نوعاً ما الى أرض الفودو”. ولقد قال إن العلماء كانوا يعتمدون على الشائعات حول نجاح مختبرات أخرى وإخفاقاتها، وكانوا يخشون تنويع الوصفة بمجرد نجاحها. ويضيف: “على النقيض من الفئران الوفيرة، لم يكن بوسع الباحثين أن يتحملوا تكاليف استخدام الكثير من القرود لهون تقنياتهم. يضيف. “نحن نقدرهم أكثر. لديهم أسماء ونحن ننظر إليهم كزملاء لنا، بمعنى من المعاني”.

ويأمل أفروز أن تعمل قاعدة البيانات، التي ساهم في إسهامها، على الحد من الجهود الضائعة من خلال تجميع إخفاقات هذا الميدان. وهي فهارس 1042 حقنة فيروسيّة 552 منها لم تنشر. وكانت سبعة أعشار التجارب في قردة قرد ماكو وحيد القرن. ولا يمكن أن يكون تريمبلاي متأكداً من أن قاعدة البيانات شاملة، ولكن المجموعات ال 66 التي دعاها للمساهمة فيها والتي تم تحديدها من خلال المنشورات والإحالات من الزملاء تمثل غالبية المختبرات النشطة في هذا المجال، على حد تعبيره.

في ورقة 19 أكتوبر في الخلايا العصبية نشرت قاعدة البيانات، ويقدر الفريق معدل نجاح ناقلات الأكثر استخداما، في مجموعة البيانات. بحث حوالي نصف التجارب في أدمغة القردة عن تغييرات في النشاط العصبي بعد إصابة الخلايا بالضوء؛ 69% وجدوا تأثيراً قوياً. فمن بين 20% من التجارب التي تهدف إلى التأثير على سلوك الحيوان على سبيل المثال – لدفع حركة العين أو اليد، – شهد نصفها تقريباً تأثيراً ضعيفاً أو لا شيء على الإطلاق.

من المرجح أن الفشل منع بعض الباحثين عن نشر الدراسات، كما يقول خوليو مارتينيز تروخيلو، وهو عالم فيسيولوجيا الأعصاب في الجامعة الغربية والمساهم في المشروع. وقد حاولت مجموعته من دون جدوى استحضار حركات العيون في مكاك وإضعاف وظيفة الذاكرة العاملة في آخر. وهو يقول “هذه هي الورقة الأولى التي تظهر تجربتنا”.

مثل هذه المحاولات ربما تفشل جزئيا لأن الفيروس لا يصل إلى الحد الكافي من الدماغ، يقول تريمبلاي. يمكن أن تصيب الحقنة الواحدة حوالي 1 ملليمتر مكعب من الأنسجة — وهي رقعة واسعة من دماغ الفأر، ولكنه يشكل جزء ضئيل منه. ويريد العلماء تجنب الحقن المتعددة التي يمكن أن تتسبب في تلف الأنسجة. وبدلا من ذلك، تحاول بعض المختبرات إرسال الفيروس إلى حد أبعد من ذلك عن طريق حقنه بكميات كبيرة وضغوط غالية، وهي تقنية تسمى الولادة المعززة بالحابس الحراري.

ويأمل آخرون في القضاء على الحاجة إلى حقن الدماغ عن طريق تصميم الفيروسات الصغيرة بالقدر الكافي لعبور الدماغ عبر الشعيرات الدموية الصغيرة بعد غرسها في الوريد. في طبعة سابقة من يونيو على bioRxiv، عالمة الأعصاب والمهندسة الحيوية فيفيانا جرادينفارو وفريقها في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وصف مثل هذا الفيروس المصمم هندسيا والذي يصيب بشكل انتقائي الخلايا العصبية من marmoset

تسليم الضوء إلى العقول الكبيرة هو عقبة كذلك. ويشرح افروز: “قل إنني أستخدم الألياف البصرية التي يبلغ قطرها 200 ميكرون لتحفيز دماغ المفأر. ولكي أزيد من هذا الحجم فلابد لي أن أمسك مصباحاً في رأس القرد”.

في طبعة مسبقة من Rxiv الحيوية الشهر الماضي، يصف أفروز وزملاؤه البديل المحتمل: مجموعة من 5 ملليمتر مربع من 24 صمام ثنائي باعث للضوء (LED)، وكل منها يمكن أن ينتج أكبر قدر من الضوء مثل الألياف البصرية النموذجية. ويقول افروز إن وضع هذا الصفيف فوق قشرة القرد من شأنه أن يساعد الباحثين في إضاءة منطقة دماغية واسعة نسبياً من دون وجود ألياف متعددة مزروعة في الجسم. كما يمكنهم استخدام مصابيح LED الفردية لإثارة أجزاء منفصلة من القشرة في أنماط دقيقة.

وهناك مجموعات أخرى تعمل على تطوير آبيسون أكثر حساسية بحيث يمكن للضوء الأضعف أن يؤثر على الأنسجة البعيدة. في دراسة أجريت على الفئران في الخامس من أكتوبر/تشرين الأول في مجال التكنولوجيا الحيوية الطبيعية، اجراها مجموعة يقودها عالم الأعصاب في جامعة ستانفورد كارل ديسيروت ــ وهو أحد مطوري علم التعديل الوراثي اللاجيني الأصليين ــ استخدمت خذًا عالي الحساسية لتنشيط الخلايا العصبية تحت سطح الدماغ عِدة ملليمترات بالاستعانة بالضوء من خارج جمجمة القوارض.

تقول ماري باكيه، طبيبة الأحياء الجزيئية في جامعة لافال: “لا أستطيع الانتظار لاختبارها”. وهي جزء من التعاون الكندي الذي يختبر وينشر أدوات التغيرات الوراثية اللاجينية الناشئة. مع شق الطريق أمام مجموعات البحث المشاركة، يخطط فريق باكيه لتحميل نتائجه إلى قاعدة البيانات الجديدة.

ولإبقاء قاعدة البيانات على علم بأحدث المعلومات، تقول: “يجب أن يكون المجتمع متحمسًا بالفعل”، خاصة وأنها تتوقع أن تحقق السنوات القليلة القادمة طفرة في الدراسات للتأثير على دوائر الدماغ وفهمها لبعض أقرب أقربائنا من الحيوانات.

المصدر: https://www.sciencemag.org

ترجمة: شهد الحربي

تويتر: @ishahad73

مراجعة: لبنى عبد الله آل ربيع

تويتر: @astrolubna


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية