حسگر نوری روند درمان سرطان را سرعت می‌بخشد

این نوع حسگر می‌تواند برای نقشه برداری از نور ساطع شده از فیبرهای نوری کاشته شده در مغز مانند الیافی که برای تحریک نورون‌ها در آزمایش‌های اپتوژنتیک استفاده می‌شود، استفاده شود. به گفته محققان این حسگر با توسعه بیشتر می‌تواند برای نظارت بر بیمارانی که درمان‌های مبتنی بر نور برای سرطان دریافت می‌کنند، مفید باشد.

ما می‌توانیم توزیع نور در بافت را به تصویر بکشیم و این مهم است زیرا افرادی که از نور برای تحریک یا اندازه گیری بافت استفاده می‌کنند، اغلب نمی‌دانند نور به کجا می‌رود، به کجا تحریک می‌شود، یا نور کجاست. آلن جاسانوف، استاد مهندسی بیولوژیکی، مغز و علوم شناختی، و علوم و مهندسی هسته‌ای و نیز محقق مؤسسه تحقیقات مغز مک گاورن MIT، می‌گوید: ابزار ما می‌تواند برای رسیدگی به این ناشناخته‌ها استفاده شود.

دانشمندان صدها سال است که از نور برای مطالعه سلول‌های زنده استفاده می‌کنند که قدمت آن به اواخر دهه ۱۵۰۰ یعنی زمانی که میکروسکوپ نوری اختراع شد، بازمی‌گردد. این نوع میکروسکوپ به محققان اجازه می‌دهد تا به درون سلول‌ها و برش‌های نازک بافت نگاه کنند.

جاسانوف می‌گوید: «یکی از مشکلات همیشگی استفاده از نور، به‌ویژه در علوم زیستی، این است که در نفوذ به بسیاری از مواد کار خوبی انجام نمی‌دهد.» مواد بیولوژیکی نور را جذب و پراکنده می‌کنند، ترکیب این چیزها ما را از استفاده از اکثر انواع تصویربرداری نوری برای هر چیزی که شامل تمرکز در بافت عمیق است، باز می‌دارد.

برای غلبه بر این محدودیت، جاسانوف و شاگردانش تصمیم گرفتند حسگری طراحی کنند که بتواند نور را به سیگنال مغناطیسی تبدیل کند.

او می‌گوید: «ما قصد داشتیم یک حسگر مغناطیسی ایجاد کنیم که به نور به صورت موضعی پاسخ داده و در معرض جذب یا پراکندگی نباشد. این آشکارساز نور را می‌توان با استفاده از MRI تصویربرداری کرد».

برای ساخت یک کاوشگر MRI حساس به نور، محققان تصمیم گرفتند ذرات مغناطیسی را در نانوذره‌ای به نام لیپوزوم بپوشانند. لیپوزوم‌های مورد استفاده در این مطالعه از لیپیدهای تخصصی حساس به نور ساخته شده اند که Trauner قبلاً توسعه داده بود. هنگامی که این لیپیدها در معرض طول موج خاصی از نور قرار می‌گیرند، لیپوزوم‌ها در برابر آب نفوذپذیرتر می‌‎شوند، این به ذرات مغناطیسی داخل اجازه می‌دهد تا با آب برهمکنش داشته باشند و سیگنال قابل تشخیص توسط MRI تولید کنند.

این ذرات که محققان آن‌ها را گزارشگران نانوذرات لیپوزومی (LisNR) نامیدند، بسته به نوع نوری که در معرض آن قرار می‌گیرند، می‌توانند از تراوا به غیرقابل نفوذ تبدیل شوند. در این مطالعه محققان ذراتی ایجاد کردند که با قرار گرفتن در معرض نور ماورا بنفش نشت می‌کنند و پس از قرار گرفتن در معرض نور آبی دوباره غیرقابل نفوذ می‌شوند. محققان همچنین نشان دادند که این ذرات می‌توانند به طول موج‌های دیگر نور پاسخ دهند.

شین یو، استادیار رادیولوژی در دانشکده پزشکی هاروارد، می‌گوید: «این مقاله یک حسگر جدید را نشان می‌دهد که امکان تشخیص فوتون با MRI از طریق مغز را فراهم می‌کند. این امر راه جدیدی را برای پل زدن مطالعات تصویربرداری عصبی مبتنی بر فوتون و پروتون معرفی می‌کند.

محققان این حسگرها را در مغز موش‌ها آزمایش کردند، به‌ویژه در بخشی از مغز به نام جسم مخطط که در برنامه‌ریزی حرکت و پاسخ به پاداش نقش دارد. پس از تزریق ذرات در سراسر جسم مخطط، محققان توانستند توزیع نور از یک فیبر نوری کاشته شده در نزدیکی را ترسیم کنند.

جاسانوف می‌گوید الیافی که آن‌ها استفاده می‌کنند شبیه به آن‌هایی است که برای تحریک اپتوژنتیک استفاده می‌شود، بنابراین این نوع حس می‌تواند برای محققانی که آزمایش‌های اپتوژنتیک در مغز انجام می‌دهند، مفید باشد.

در آینده، این نوع حسگر می‌تواند برای نظارت بر بیمارانی که درمان‌هایی شامل نور را دریافت می‌کنند، مانند درمان فتودینامیک که از نور لیزر یا LED برای کشتن سلول‌های سرطانی استفاده می‌کند، مفید باشد.

محققان اکنون روی کاوشگرهای مشابهی کار می‌کنند که می‌توانند برای تشخیص نور ساطع شده توسط لوسیفرازها، خانواده‌ای از پروتئین‌های درخشان که اغلب در آزمایش‌های بیولوژیکی استفاده می‌شوند، استفاده شوند. از این پروتئین‌ها می‌توان برای مشخص کردن اینکه آیا یک ژن خاص فعال شده است یا نه استفاده کرد، اما در حال حاضر آن‌ها را تنها می‌توان در بافت سطحی یا سلول‌های رشد یافته در یک ظرف آزمایشگاهی تصویربرداری کرد.

جاسانوف همچنین امیدوار است از استراتژی استفاده شده برای حسگر LisNR در طراحی کاوشگرهای MRI استفاده کند که می‌تواند محرک‌هایی غیر از نور مانند مواد شیمیایی عصبی یا سایر مولکول‌های موجود در مغز را شناسایی کند.