کشف شبکههای پنهان الیاف در بافتهای انسانی با روشی نوری ساده
دانشمندان موفق به شناسایی شبکههای پنهان الیاف میکروسکوپی در بافتهای انسانی از جمله مغز و سایر اندامها شدهاند؛ شبکههایی که حتی در اسلایدهای بافتی مربوط به بیش از ۱۰۰ سال پیش نیز قابل مشاهده هستند. این دستاورد با استفاده از یک روش ساده مبتنی بر نور امکانپذیر شده است.
به گزارش sciencedaily، تمام اندامهای بدن انسان بر پایه شبکههایی از الیاف بسیار ظریف ساخته شدهاند که نقش اساسی در عملکرد و حفظ ساختار بافتها ایفا میکنند. در عضلات این الیاف انتقال نیروی فیزیکی را هدایت میکنند؛ در دستگاه گوارش به حرکت منظم کمک میکنند؛ و در مغز مسیرهایی را شکل میدهند که ارتباط میان نواحی مختلف تفکر و حافظه را ممکن میسازد. آسیب به این شبکههای الیافی در بروز تقریبا تمامی بیماریها نقش دارد و در اختلالات عصبی به صورت گسست ارتباط میان نورونها بروز میکند.
با وجود اهمیت حیاتی این ساختارها مطالعه آنها همواره با چالشهای جدی همراه بوده است. اندازه بسیار کوچک و جهتگیری پیچیده الیاف درون بافتها تصویربرداری دقیق از آنها را با روشهای مرسوم دشوار کرده است.
راهی ساده برای دیدن ساختارهای نامرئی
اکنون تیمی پژوهشی به سرپرستی ماریوس جورجیادیس، مدرس تصویربرداری عصبی روشی ساده، مقرونبهصرفه و دقیق برای آشکارسازی این شبکههای پنهان توسعه داده است. این روش که تصویربرداری محاسباتی نور پراکنده (Computational Scattered Light Imaging – ComSLI) نام دارد که در نشریه Nature Communications معرفی شده است.
ComSLI امکان نقشهبرداری از جهتگیری و سازمانیافتگی الیاف بافتی را در مقیاس میکرونی فراهم میکند و روی تقریبا هر نوع اسلاید هیستولوژی قابل اجراست؛ بدون وابستگی به نوع رنگآمیز، شرایط نگهداری یا زمان تهیه نمونه حتی اگر نمونه متعلق به چند دهه یا بیش از یک قرن پیش باشد.
مایکل زینه، استاد رادیولوژی به همراه میریام منزل پژوهشگر پیشین این گروه از نویسندگان ارشد این مطالعه هستند. جورجیادیس در این باره میگوید: اطلاعات مربوط به ساختار بافتها همیشه وجود داشته اما در معرض دید نبوده است. ComSLI فقط راهی برای دیدن و ترسیم این اطلاعات فراهم میکند.
غلبه بر محدودیتهای روشهای تصویربرداری رایج
روشهای متداول تصویربرداری از الیاف بافتی محدودیتهای قابل توجهی دارند. MRI تنها قادر به نمایش شبکههای بزرگمقیاس مغزی است و جزئیات سلولی را نشان نمیدهد. روشهای سنتی هیستولوژی نیز معمولا به رنگآمیزیهای خاص، تجهیزات گرانقیمت و شرایط نگهداری دقیق نیاز دارند و در تشخیص نواحی تلاقی الیاف عملکرد محدودی دارند.
ComSLI با تکیه بر رفتار فیزیکی ساده نور این محدودیتها را برطرف میکند. هنگامی که نور از ساختارهای میکروسکوپی عبور میکند الگوی پراکندگی آن به جهتگیری این ساختارها وابسته است. با چرخاندن جهت تابش نور و تحلیل تغییرات پراکندگی جهت الیاف در هر پیکسل تصویر مشخص میشود.
این روش تنها به یک منبع نور LED چرخان و دوربین میکروسکوپ نیاز دارد و سپس الگوریتمهای محاسباتی نقشههایی رنگی از توزیع جهت و تراکم الیاف تولید میکنند.
قابل استفاده روی تقریبا تمام نمونههای بافتی
یکی از مهمترین مزایای ComSLI انعطافپذیری بالای آن است. این روش روی نمونههای تثبیتشده با فرمالین و پارافین (رایجترین نمونهها در بیمارستانها و آزمایشگاههای پاتولوژی)، نمونههای فریز شده، و حتی اسلایدهای رنگآمیزینشده بهخوبی عمل میکند.
پژوهشگران میتوانند به اسلایدهایی که سالها پیش برای مطالعات دیگر تهیه شدهاند بازگردند و بدون آسیب به نمونه اطلاعات ساختاری جدیدی از آنها استخراج کنند. به گفته زینه: این ابزاری است که هر آزمایشگاهی میتواند از آن استفاده کند، بدون نیاز به تجهیزات گران یا آمادهسازی پیچیده.
آشکارسازی ریزساختار مغز و اثر بیماریها
با استفاده از ComSLI پژوهشگران موفق به تصویربرداری از برشهای کامل مغز انسان شدند و جزئیات دقیقی از ساختارهای مختلف مغزی را مشاهده کردند. آنها همچنین تغییرات الیافی ناشی از بیماریهایی ماننداماس، لکوآنکفالوپاتی و آلزایمر را بررسی کردند.
در ناحیه هیپوکامپ که نقش کلیدی در حافظه دارد، بافت مغز فرد مبتلا به آلزایمر کاهش چشمگیر ارتباطات الیافی را نشان داد. مسیرهای حیاتی انتقال اطلاعات حافظه بهویژه مسیر پرفورانت تقریبا از بین رفته بودند؛ در حالی که هیپوکامپ سالم شبکهای متراکم و پیوسته از الیاف را نمایش میداد. این تصاویر امکان مشاهده مستقیم تخریب مدارهای حافظه را فراهم میکند. جالب آنکه تیم پژوهشی حتی یک نمونه مغزی مربوط به سال ۱۹۰۴ را نیز بررسی کرد و با وجود قدمت بیش از یک قرن مسیرهای پیچیده الیافی در آن قابل شناسایی بود.
فراتر از مغز؛ کاربرد در سایر اندامها
اگرچه ComSLI در ابتدا برای مطالعه مغز توسعه یافت، اما آزمایشها نشان داد این روش در بافتهایی مانند عضله، استخوان و عروق خونی نیز بهخوبی عمل میکند. در عضلات زبان، الگوهای لایهلایه مرتبط با حرکت؛ در استخوانها، الیاف کلاژن همراستا با تنش مکانیکی؛ و در شریانها لایههای متناوب کلاژن و الاستین مشاهده شد.
این فناوری میتواند میلیونها اسلاید ذخیرهشده در آرشیوهای پزشکی و پژوهشی جهان را به منبعی تازه از دادههای ساختاری تبدیل کند. به گفته جورجیادیس درخواستهای متعددی برای راهاندازی این روش در آزمایشگاهها و مراکز درمانی دریافت شده و حتی برنامههایی برای بازبینی آرشیوهای مغزی تاریخی و استخراج ریزاتصالات از دسترفته در دست بررسی است.
او میگوید: این زیبایی ComSLI است؛ اینکه میتواند اسراری را آشکار کند که سالها تصور میشد برای همیشه از بین رفتهاند.
انتهای پیام/
