خبر های ویژه
3 اسفند 1403
صدمات مغزی تروماتیک (ضربه‌ای) اثرات سمی دارند که هفته‌ها پس از ضربه اولیه ادامه می‌یابند − یک ماده آنتی‌اکسیدان این آسیب را در موش‌ها کاهش میدهد
آرون پریستر پسادکتری در علوم و مهندسی مواد، دانشگاه علوم و فناوری میزوری- ویرایش برای زبان فارسی دکتر نعناع تراب فام
صدمات مغزی تروماتیک یکی از علل اصلی مرگ و ناتوانی در جهان است. ضربه‌های شدید به مغز، اغلب در اثر سقوط یا تصادفات رانندگی، سالانه منجر به مرگ بیش از ۶۱,۰۰۰ آمریکایی می‌شود. بیش از ۸۰,۰۰۰ نفر نیز دچار ناتوانی‌های بلندمدت خواهند شد. اگرچه بخش عمده‌ای از آسیب‌های فیزیکی مغز بلافاصله پس از ضربه رخ میدهد (مرحله اولیه آسیب)، اما آسیب‌های اضافی مغزی می‌توانند در نتیجه فرآیندهای شیمیایی مخربی ایجاد شوند که از چند دقیقه تا چند هفته پس از ضربه اولیه در بدن به وجود می‌آیند. برخلاف مرحله اولیه آسیب، این مرحله ثانویه میتواند با هدف قرار دادن مولکول‌های عامل آسیب، به طور بالقوه جلوگیری شود. من به عنوان یک مهندس علوم مواد، همراه با همکارانم در حال طراحی روش‌های درمانی برای خنثی‌سازی آسیب‌های ثانویه ناشی از صدمات مغزی تروماتیک و کاهش تخریب عصبی هستیم. ما ماده جدیدی طراحی کرده‌ایم که میتواند مولکول‌های آسیب‌رسان به مغز را در موش‌ها هدف قرار داده و خنثی کند، بهبود شناختی آن‌ها را افزایش دهد و یک روش درمانی بالقوه برای انسان‌ها ارائه دهد.
تبریز امروز:
آسیب مغزی تروماتیک (TBI) یکی از علل اصلی مرگ و ناتوانی در جهان است. ضربه‌های شدید به مغز، که اغلب ناشی از سقوط‌های شدید یا تصادفات رانندگی هستند، سالانه منجر به مرگ بیش از ۶۱,۰۰۰ آمریکایی می‌شوند. همچنین بیش از ۸۰,۰۰۰ نفر دچار ناتوانی‌های طولانی‌مدت خواهند شد.
در حالی که بخش عمده‌ای از آسیب‌های فیزیکی مغز به‌طور آنی اتفاق می‌افتد – که به آن مرحله اولیه آسیب می‌گویند – آسیب‌های اضافی مغزی می‌توانند ناشی از فرآیندهای شیمیایی مخربی باشند که در بدن از چند دقیقه تا چند هفته پس از ضربه اولیه رخ می‌دهند. برخلاف مرحله اولیه آسیب، این مرحله ثانویه به طور بالقوه قابل پیشگیری است اگر بتوان مولکول‌هایی که باعث آسیب می‌شوند را هدف قرار داد.
من یک مهندس علوم مواد هستم و همکارانم و من در حال کار بر روی طراحی درمان‌هایی هستیم که آسیب‌های ثانویه ناشی از TBI را خنثی کرده و تخریب عصبی را کاهش دهند. ما ماده جدیدی طراحی کرده‌ایم که میتواند مولکول‌های آسیب‌رسان به مغز را در موش‌ها هدف قرار داده و خنثی کند، بهبود شناختی آن‌ها را افزایش دهد و یک درمان بالقوه جدید برای انسان‌ها ارائه دهد.
پیامدهای بیوشیمیایی
مرحله اولیه TBI میتواند به شدت به سد خونی-مغزی آسیب زده یا حتی آن را از بین ببرد. سد خونی-مغزی یک رابط محافظتی است که با محدود کردن ورود مواد به مغز، از آن محافظت می‌کند.
اختلال در این سد باعث می‌شود که نورون‌های آسیب‌دیده یا سیستم ایمنی مواد شیمیایی خاصی را آزاد کنند که منجر به فرآیندهای بیوشیمیایی مخرب می‌شوند. یکی از این فرآیندها، اکسایتوتوکسیسیتی (excitotoxicity) نام دارد که زمانی رخ میدهد که یون‌های کلسیم بیش از حد به نورون‌ها وارد می‌شوند و آنزیم‌هایی را فعال می‌کنند که DNA را تکه‌تکه کرده و سلول‌ها را تخریب می‌کنند، که در نهایت منجر به مرگ سلولی می‌شود. فرآیند دیگر، نورواینفلامیشن (neuroinflammation) است که در نتیجه فعال‌سازی سلول‌هایی به نام میکروگلیا رخ میدهد و میتواند باعث التهاب در مناطق آسیب‌دیده مغز شود.
این فرآیندهای مرحله ثانویه همچنین مولکول‌های مضری به نام گونه‌های فعال اکسیژن (reactive oxygen species) تولید می‌کنند. این مولکول‌ها، که شامل رادیکال‌های آزاد نیز می‌شوند، به طور شیمیایی پروتئین‌های ضروری در سلول‌ها را تغییر داده و تغییر شکل می‌دهند و آن‌ها را بی‌فایده می‌کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند رشته‌های DNA را بشکنند و منجر به جهش‌های ژنتیکی بالقوه مخرب شوند.
اگر این آسیب‌های ناشی از استرس اکسیداتیو کنترل نشوند، می‌توانند عواقب ویران‌کننده‌ای برای سلامت طولانی‌مدت و بهبود عصبی-شناختی داشته باشند. محققان تغییرات بیوشیمیایی و محصولات جانبی ناشی از این آبشار مولکول‌های مخرب را با توسعه اختلالات عصبی طولانی‌مدت مانند آلزایمر، پارکینسون و ALS مرتبط دانسته‌اند.
با این حال، ترکیباتی به نام آنتی‌اکسیدان‌ها می‌توانند این استرس اکسیداتیو را هدف قرار داده و بهبود طولانی‌مدت عصبی-شناختی را با تعامل شیمیایی با گونه‌های فعال اکسیژن به گونه‌ای که خواص مخرب آن‌ها را خنثی کند، افزایش دهند.
یافتن آنتی‌اکسیدان ایده‌آل
تیم من و من مطالعه کردیم که آیا یک آنتی‌اکسیدان به نام گروه تیول (thiol) میتواند به درمان TBI کمک کند.
گروه‌های تیول ترکیبات شیمیایی هستند که حاوی یک اتم گوگرد متصل به یک اتم هیدروژن هستند. اتم‌های گوگرد بسیار بزرگ‌تر از اتم‌های هیدروژن هستند، به این معنی که اتم گوگرد در یک تیول کشش قوی‌ای روی الکترون تنها اتم هیدروژن دارد. این امر باعث تضعیف پیوند بین هیدروژن و الکترون آن می‌شود و به هیدروژن اجازه میدهد به راحتی الکترون خود را به اتم‌های دیگر بدهد.
در نتیجه، تیول‌ها به راحتی با بسیاری از گونه‌های فعال اکسیژن، از جمله آن‌هایی که به DNA آسیب می‌رسانند، تعامل می‌کنند. ما تیول‌ها را نه تنها به خاطر خواص آنتی‌اکسیدانی آن‌ها، بلکه به دلیل توانایی آن‌ها در اتصال و خنثی‌سازی مولکول‌های مخرب مغزی به نام محصولات پراکسیداسیون لیپید (lipid peroxidation products) انتخاب کردیم. این ترکیبات نوروتوکسیک به عنوان محصولات جانبی زمانی تشکیل می‌شوند که گونه‌های فعال اکسیژن به چربی‌های بدن آسیب می‌رسانند.
برای وارد کردن این تیول‌ها به بدن، آن‌ها را در موادی به نام پلیمرها (polymers) قرار دادیم. پلیمرها زنجیره‌های بلندی از مولکول‌های آلی هستند که از واحدهای منفردی به نام مونومرها (monomers) تشکیل شده‌اند. برای اینکه مونومرها به هم متصل شوند، یک الکترون تنها – یا رادیکال آزاد – با یک مونومر پیوند برقرار می‌کند و یک واکنش زنجیره‌ای را آغاز می‌کند. این فرآیند را مانند برخورد یک سری دومینو تصور کنید: فشار دست شما (رادیکال آزاد در این مثال) به یک دومینو (مونومر) برخورد می‌کند و به دنبال آن بقیه دومینوها را می‌اندازد تا یک خط تشکیل شود (پلیمر).
از آنجایی که تیول‌ها می‌توانند این فرآیند پلیمریزاسیون را مهار کنند، ما مجبور شدیم یک مونومر با یک گروه محافظتی طراحی کنیم که پس از پلیمریزاسیون به طور شیمیایی حذف شود تا تیول‌های ما آزاد شوند. از آنجایی که اسید آلفا-لیپوئیک (a-lipoic acid)، یک مکمل رایج که در داروخانه‌ها یافت می‌شود، حاوی چنین گروه محافظتی تیولی است، از آن برای ساخت مونومر خود استفاده کردیم.
سپس زنجیره‌ای از این مونومرها را با استفاده از فرآیند RAFT ساختیم، که یک روش کنترل‌شده برای طراحی پلیمرهایی است که می‌توانند از طریق ادرار از بدن دفع شوند. برای این کار، یک مونومر هم‌پلیمر محلول در آب به زنجیره اضافه می‌شود، که به پلیمر اجازه میدهد در جریان خون حل شود.
در نهایت، پلیمرها را تحت درمان قرار دادیم تا گروه محافظتی حذف شود و پلیمرهای تیولی آماده برای آزمایش‌های بیشتر تولید شوند.
آزمایش روی TBI
سپس، ما آزمایش کردیم که پلیمرهای تیولی ما چقدر می‌توانند گونه‌های فعال اکسیژن را خنثی کنند.
ابتدا از تکنیکی به نام اسپکتروفتومتری UV-Visible استفاده کردیم، که در آن یک لیزر به نمونه سلولی حاوی پلیمر ما و مولکول‌های مخرب مغزی تابانده می‌شود. اگر گونه‌های فعال اکسیژن در نمونه وجود داشته باشند، نور به حداقل جذب می‌شود. اما اگر پلیمر ما این ترکیبات را خنثی کند، نور به شدت جذب می‌شود. از طریق این مطالعات، ما دریافتیم که پلیمر تیولی ما گونه‌های فعال اکسیژن مانند هیدروژن پراکسید را تا ۵۰٪ و سایر مولکول‌های نوروتوکسیک مانند آکرولئین را تا ۱۰۰٪ خنثی می‌کند و از این طریق از نورون‌ها محافظت می‌کند.
ما آزمایش‌های بیشتری را با قرار دادن پروتئین‌های فلورسنت در معرض رادیکال‌های آزاد انجام دادیم و دریافتیم که پروتئین‌هایی که با پلیمر تیولی ما درمان نشده‌اند، تخریب شدند. پروتئین‌هایی که درمان شده‌بودند، همچنان فلورسنت باقی ماندند، که نشان میدهد پلیمر تیولی ما رادیکال آزاد را خنثی کرده و از پروتئین محافظت کرده است.
در نهایت، پلیمرهای تیولی را به موش‌های مبتلا به TBI تزریق کردیم. اسکن‌های مغزی نشان دادند که پلیمر ما نه تنها با موفقیت در ناحیه آسیب‌دیده مغز متمرکز شده است، بلکه محافظت فوری از آسیب‌های بیشتر را نیز فراهم کرده است. پلیمر تیولی ما توانست گونه‌های فعال اکسیژن در موش‌های آسیب‌دیده را به تنها ۳٪ بالاتر از سطح طبیعی در موش‌های سالم کاهش دهد. در حالی که موش‌های درمان نشده مبتلا به TBI افزایش ۴۵٪ی در گونه‌های فعال اکسیژن نسبت به موش‌های سالم داشتند.
کارهای آینده روی پلیمرهای تیولی
یافته‌های ما نشان میدهد که این پلیمرهای تیولی ممکن است به عنوان یک درمان بالقوه برای مرحله ثانویه TBI عمل کنند. آزمایش‌های بیشتر میتواند به تعیین این موضوع کمک کند که آیا این ماده میتواند به طور بالقوه خطر ناتوانی طولانی‌مدت را کاهش دهد.
ما در حال حاضر در حال توسعه یک فرآیند ارزان‌قیمت برای ترکیب تیول‌ها با نانوذرات ریز هستیم. این کار ممکن است تعداد تیول‌ها در ماده را افزایش داده و همچنین توانایی آن را برای گردش طولانی‌تر در جریان خون برای محافظت بیشتر بهبود بخشد.
بسیاری از مطالعات بیشتر روی حیوانات برای تأیید اثربخشی ماده ما در درمان TBI مورد نیاز است. اگر نتایج ما همچنان مثبت باشد، هدف ما آزمایش اثربخشی ماده خود در انسان‌ها از طریق آزمایشات بالینی است. ما امیدواریم که این درمان‌ها بتوانند نتایج طولانی‌مدت را برای قربانیان تصادفات رانندگی، سقوط‌ها یا حتی آسیب‌های ورزشی به مغز بهبود بخشند.
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت