رنگین‌کمان مغز

آن لام‌های رنگ و رو رفته و آن رنگ‌آمیزی‌های لعنتی H&E! چیزهایی هستند
که در ذهن پزشکان و پاتولوژیست‌ها ، دانشجویان پزشکی و همچنین تحصیل‌کردگان رشته‌های زیست‌شناسی و
فیزیولوژی و خلاصه تحصیل‌کرده‌های هر رشته‌ای که به نحوی باید کلاس عملی بافت‌شناسی را
می‌گذرانده ، مانده است.
ولی این روزها ، هر روز شاهد تحول و دگرگونی‌ای هستیم ، حتی در زمینه رنگ کردن
سلول‌ها:

همیشه نتایج تحقیقات علمی ملموس و خوشایند نیستند. ولی شیوه
جدید رنگ‌آمیزی سلول‌های مغزی نه تنها به دانشمندان در یافتن نحوه کار مغز یاری
می‌کند ، بلکه باعث شده یکی از محققین مبتکر این روش ، برنده یک جایزه عکاسی علمی
شود.

این روش که به وسیله جف لیتمن  Jeff Lichtman و همکارانش در
انستیتوی بیولوژی مولکولی و سلولی دانشگاه هاروارد و همچنین محققینی از

MIT ابداع شده ، می‌تواند
سلول‌های مغزی را به ۹۰ رنگ مختلف درآورد.

بیش از یک قرن پیش دانشمندان روشی برای رنگ‌آمیزی سلول‌های عصبی
یا نورون‌ها کشف کردند ، آنها از «کرومات نقره» برای رنگ‌آمیزی سلول‌های عصبی استفاده
کردند. جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی در سال ۱۹۰۶ به ابداع‌کننده این نوع رنگ‌آمیزی
اهدا شد.

رنگ‌آمیزی نورون‌ها تا دهه قبل کمابیش به همین ترتیب انجام
می‌شد تا اینکه دانشمندان شیوه‌ای نو را کشف کردند. آنها با استفاده از مهندسی
ژنتیک ، ژن‌هایی برای القای پروتئینهای فلورسنت به موش‌ها انتقال دادند که در
نورون‌های موش‌ها ، تظاهر پیدا می‌کرد.

تا به امروز دانشمندان تنها می‌توانستند ژن دو نوع پروتئین
فلورسنت را منتقل کنند. واضح است که دو رنگ برای نشان دادن ارتباطات پیچیده مغزی
اصلا کافی نبود.

همه رنگ‌های رنگین‌کمان
اکنون ، دانشمندان روشی برای القای پروتئینهای فلورسنت با ۴ رنگ زرد ، قرمز ، آبی و
نارنجی یا سبز یافته‌اند.

آنها این کار را با معرفی کردن رشته‌ای از ژن‌های تولیدکننده
پروتئین‌های فلورسنت که به وسیله یک سسیتم ژنتیک به نام Cre/ lox کنترل می‌شود ،
انجام دادند. آنها اجزای این سیستم را طوری سامان‌دهی کردند که به صورت تصادفی
فعالیت فقط یکی از ژن‌های تولید‌کننده رنگ را باعث شود. سپس آنها کپی‌های چندگانه
ای ازرشته‌های این ژن‌ها را به ژنوم سلول‌های رویانی موش‌ها معرفی کردند. (این
پاراگراف را اگر هم نخوانید ، خرده‌ای از شما نمی‌گیرم!)

یه این ترتیب یک نورون ممکن است فقط رنگ قرمز و آبی به خود
بگیرد و در نتیجه بنفش‌رنگ به نظر آید ، سلول دیگر ممکن است به مقدار زیاد رنگ سبز
و به مقدار کم رنگ آبی به خود بگیرد و صورتی شود. در واقع این روش رنگ‌آمیزی درست شبیه شیوه رنگی شدن تصاویر در
تلویزیون‌های رنگی است.

دانشمندان به این روش خود نام جالب رنگین‌کمان مغز یا Brainbow
را داده‌اند. رنگین‌کمان مغز به دانشمندان اجازه می‌دهد مدارهای پیچیده مغزی را
در فواصل دور ردگیری کنند.

اما عکس‌هایی که با این روش به دست می‌آیند از لحاظ
زیبایی‌شناسی آنقدر برحسته و قابل توجه هستند که یکی از دانشمندانی که روی این روش کار کرده بود ، برنده جایزه سال
۲۰۰۷ شرکت الیمپوس Olympus در یک مسابقه عکس دیجیتال شد.

عکسی از هیپوکامپ که سلول‌های کوچک بیضوی گلیال را میان
نورون‌ها (سلول‌های بزرگ‌تر) نشان می‌دهد. هیپوکامپ نقش زیادی در فرایند حافظه
دارد:

 77.jpg

چند عکس زیبای دیگر را می‌توانید در ادامه پست ببینید.

فهم ارتباطات نورون‌ها می تواند بارقه‌های امیدی برای درمان
اختلالات روان‌پزشکی همچون شیزوفرنی زنده کند. یک محقق دانشگاه
MIT ‌در
این زمینه می‌گوید که هدف اصلی آنها این است که یک سیستم خودکار درست کنند که
نمونه‌های بافت مغزی را بگیرد و دیاگرام مدارهای عصبی را رسم کند.
در این تصویر مخچه را می‌بینید:

 33.jpg

کورتکسی که دیگر خاکستری نیست!

 6.jpg

دکتر جف لیتمن در کنار میکروسکوپ رنگی‌اش که لیزرهایی به چند
رنگ دارد

 Jeff2.jpg

آستروسیت‌ها از آکسون‌ها محافظت می‌کنند:

 5.jpg

یک نورون ساقه مغز (قرمز) احاطه شده به وسیله آکسون‌های
نورون‌های دیگر:

 2.jpg

یک نورون در بخش شنوایی ساقه مغز. آکسون‌های پستانداران در این
منطقه ضخیم است ، شاید به خاطر اینکه به پردازش سریع اطلاعات شنوایی نیاز دارند:

 WEQG.jpg

منابع:

wired

، Chemistry World
، nature

   
13 نظرات
  1. farnaz می گوید

    واقعا شگفت انگیز بود . مدتها به عکسها نگاه می کردم و شگفت زده می اندیشیدم آیا واقعا درون مغز من هم همین طوری است ؟

  2. سجاد جلیلیان می گوید

    روشنمون کردی دکتر جان باعث افتخار منه که کامنت شما رو توی وبلاگم دارم. ما همیشه مشتری شیش دنگه وبلاگ خوب شما بودیم ولی بیشتر از نوع فیدی. بخاطر این بود که دیر متوجه جریان رای گیری شدم .براتون آرزوی موفق روز افزون رو دارم و تا اونجایی که بتونم سعی در این دارم که از شما یاد بگیرم.
    موفق و پیروز باشید.

  3. داریوش کبیر می گوید

    خیلی جالب بود فکر کنم اخبار دیروز اشاره ای کرده بود. جالبه که از طریق این رنگ ها ارتباطی بین آسیبهای مغزی و اختلالهای مغزی وجود داره

  4. nema می گوید

    مطلب بسیار جالبی بود علیرضا عزیز. بسیار جالب. ممنون.

    چند نکته در مورد این مطلب باید بگویم:

    ۱- اصولا این کار با القاء ژن صورت می گیرد آنهم در مرحله ابتدایی جنین موشها ( مرحله ۳۲ سلولی بلاستوسیست) که بتوان stem cell ها جدا کرد ، ژنها را القاء کرد و جنینهای ترانس ژنیک حاصله را برگرداند تا ادامه مراحل طی شود.

    ۲- علت ایجاد رنگهای مختلف، نه این ژنها که تولیدات پروتئینی انها است که هم خاصیت فلورسانس رنگی دارند و هم در سیتوپلاسم سلولهای مختلف با مقادیر متفاوت وجود دارند که باعث ایجاد رنگهای مختلف می‌شود.

    ۳- بنابر مطالب فوق اصلا نمی توان از این سیستم برای رنگ آمیزی سلولهایی استفاده کرد که میخواهیم مطالعه‌شان کنیم. چون باید در مرحله جنینی، این القاء ژنی صورت گیرد. به همین دلیل هم نمیتواند جایگزین روشهای معمول رنگ‌امیزی سلول شود.

    ممنون.
    پاسخ : دقیقا! ممنون از شما که خوب مسئله را توضیح دادین. کاش مقاله یه دیاگرام برای توضیح ساده مسئله داشت.
    به عبارتی در مورد انسان نمی‌تونیم این کار را بکنیم. یه محدودیت دیگه هم اینه که در حیوانات دچار بیماری هم نمی‌شه ، این کار را انجام داد. چون باید از اول پیش بینی بیمار بودن را می‌کردیم و موجود را ترانس‌ژنیک می‌کردیم. از لحاظ هزینه چیزی در مقاله نوشته نشده بود ولی فکر کنم هزینه بسیار بالایی هم داشته باشه.
    انشاء الله عکس‌های تو را هم با همین روش ، ببینیم.
    از لحاظ هنری نظرت چیه؟ رنگ‌آمیزی تند این عکس‌ها آدم را یاد تابلوهای ون گوک می‌اندازه!

  5. مسعود می گوید

    خیلی جالب بود. من همیشه فکر میکردم که آیا میشه نقشه ارتباطی شبکه عصبی رو تهیه کرد؟
    مطمینا در آینده این کار خواهد شد. ( Genom انسان که یادتونه! من نوجوان که بودم میخواندم که تهیه جنوم شاید چندین دهه طول بکشه!!) اونوقته که تحول بزرگی در نه تنها پزشکی بلکه در هوش مصنوعی اتفاق میافته.

  6. nema می گوید

    بله کاملا با شما موافقم. نتیجه کار بسیار حیرت انگیز است و البته بسیار زیبا.

    در گذشته نیز تجربه مشابهی از ترکیب چند رنگ و ایجاد طیف وسیع وجود داشت. برای غلبه بر محدودیت روش FISH در کاریوتایپ، با روش Spectral karyotyping با استفاده از ۵ رنگ فلئوروکروم و انالیز تصویری، میشد کل ژنوم را بررسی و اختلالات جزئی را بررسی کرد.
    عکسی از این روش:
    http://www.genome.gov/Pages/Hyperion/DIR/VIP/Glossary/Illustration/Images/sky.gif

    اطلاعات بیشتر:
    http://www.biology.arizona.edu/Human_Bio/current/new_karyotyping/new_karyotyping.html
    پاسخ : باز هم ممنونم. اطلاعات خوبی دادی که بی‌شک در نوشتن نسخه‌ای از نوشته‌ام که احتمالا برای یکی دو نشریه کاغذی می‌فرستم ، به من کمک زیادی خواهد کرد.

  7. sh می گوید

    با دیدن این عکسها برای لحظه ای که مکث میکنم میبینم در خلقتمان چقدر زیبایی وجود داره .بازهم آقای دکتر دستتان درد نکنه فوق العاده دیدنی بود!!!!! ۲ تا از عکس ها به نظرم مثل طرحهایی هستند که با کاموا بافته شدند.

  8. nhabibi می گوید

    پست خیلی جالبی بود.

  9. حسین می گوید

    الله اکبر
    دکتر دارم هنگ می کنم یعنی تو مغر من نه باورم نمیشه……..
    واقعا عالیه
    مطالبت حرف که نداره جای هیچ بحثی رو نمیذاره
    من که مخاطب دائم وبت شدم پزشک جان
    .
    .
    .
    با آرزوی موفقیت
    خدانگهدار

  10. astm1834 می گوید

    وا حیرتا…..!

  11. مسعود می گوید

    ممنون از پستتون.
    سوال: آیا فقط این سلول های عصبی رنگ می گیرند یا همه سلول های موجود؟ ( البته عکس ها رو می بینم که همه …
    )سیستم ر*نی نام برده شده فقط در نورون ها بیان می شوند؟

  12. علی می گوید

    سلام.
    مطلب جالبی بود دکتر مجیدی. همیشه مطالب خوبی می نویسید و استفاده می بریم.
    دکتر جان، من بلد نیستم که چطوری مطالبم رو برای مدلاگ بفرستم یعنی خروجی وبم به اونجا بره. لطفا راهنمایی کنید
    سپاس

  13. amir می گوید

    jaleb ast

نظرات بسته شده است.