تطوير نظام عالي الكفاءة لتوصيل المستشعرات الحيوية إلى خلايا الدماغ

اكتشف علماء الكيمياء الحيوية الأمريكيون أن الحويصلات المجهرية التي تنتجها مزارع الخلايا العصبية يمكن استخدامها لتوصيل جزيئات حسية حيوية عشوائية إلى الجهاز العصبي المركزي.

وقالت الخدمة الصحفية للجمعية الكيميائية الأمريكية إن هذا الأمر مكن العلماء لأول مرة من مراقبة الاضطرابات في دورة الطاقة بأدمغة الفئران المصابة بمرض ألزهايمر.

وقال الباحثون:"الطريقة التي طورناها لنقل الجزيئات الحسية الحيوية إلى خلايا الدماغ تتفوق كثيرا على جميع أنظمة توصيل الحمض النووي الموجودة من حيث فعالية اختراق الحاجز بين الجهاز العصبي ومجرى الدم، وقد سمحت لنا كفاءتها العالية لأول مرة بالكشف عن حالات شاذة فريدة من نوعها في إنتاج جزيئات حسية حيوية، بصفتها "عملة الطاقة" للخلايا في قاعدة الحصين وفي القشرة الدماغية لدى الفئران المصابة بمرض ألزهايمر".

وتم تطوير هذه التكنولوجيا من قبل فريق من علماء الكيمياء الحيوية الأمريكيين بقيادة البروفيسور لو يي من جامعة تكساس في أوستن أثناء دراسة كيفية تفاعل حاجز الدم في الدماغ والذي يفصل الجهاز العصبي المركزي عن مجرى الدم، مع ما يسمى بالإكسوسومات. وهذا ما يسميه علماء الأحياء الحويصلات المجهرية المعزولة التي تستخدمها الخلايا لنقل مختلف الجزيئات والإشارات الكيميائية، بما في ذلك جزيئات الإشارة المختلفة.

واكتشف علماء الكيمياء الحيوية الأمريكيون أن بعض الإكسوسومات التي تنتجها الخلايا العصبية يمكنها اختراق الحاجز الدموي الدماغي بحرية، مما دفع بالعلماء إلى استخدام هذه الهياكل النانوية لتوصيل جزيئات مختلفة إلى أنسجة الدماغ.

واسترشادا بهذه الفكرة، حصل الباحثون على عدد كبير من الإكسوسومات باستخدام مزرعة الخلايا العصبية ووضعوا فيها العديد من جزيئات المستشعرات الحيوية المعتمدة على خيوط الحمض النووي التي تنتج توهجا عند ملامستها الجزيئات الحسية الحيوية.

ومن أجل اختبار عمل هذه الهياكل النانوية ابتكر الباحثون نوعا من نظيرات أنسجة الدماغ الحي، والتي تتكون من طبقة خلايا الأوعية والخلايا العصبية المخبأة تحتها.

وأكدت الاختبارات اللاحقة أن الإكسوسومات المزودة بمستشعرات حيوية اخترقت بشكل فعال تلك النظيرات وأوصلت إلى الخلايا العصبية خيوط الحمض النووي التي تتعرف على الجزيئات الحسية الحيوية.

وتفوقت هذه التكنولوجيا بمقدار أربعة أضعاف على الأنظمة الحالية لنقل الجزيئات إلى أنسجة الدماغ المعتمدة على الجسيمات النانوية الدهنية.

وخلص العلماء إلى أن الكفاءة العالية للإكسوسومات مكّنتهم لأول مرة من مراقبة كيفية تعطيل إنتاج الجزيئات الحسية في أدمغة الفئران المصابة بمرض ألزهايمر.

واتضح أن خلايا قشرتها وقاعدة الحصين، باعتبارها مناطق معرضة للإصابة بالخرف، أنتجت عددا قليلا غير عادي من الجزيئات الحسية، أي أقل بمقدار 1.3-1.4 مرة من المعدل الطبيعي، مما يؤكد الفرضية القائلة إن الاضطرابات في دورة الطاقة تلعب دورا مهما في تطور مرض ألزهايمر.

المصدر: تاس