تمكن باحثون من التحكم في تنشيط خلايا الجسم في الثدييات بما في ذلك البشر باستخدام موجات صوتية شبيهة بـ المستخدمة في السونار. من خلال هذه التقنية أصبح من الممكن التحكم في أجهزة الجسم كالقلب والدماغ وغيرها من الأعضاء عبر التحكم في خلاياها !

هذا يعني أنه صار بالإمكان التحكم في أمور مثل ضربات القلب و مستويات الإنسولين في الدم و تحفيز خلايا الدماغ عبر تحفيزها باستخدام موجات صوتية فقط !

تمهد هذه التقنية الطريق لإصدارات غير جراحية من أجهزة تنظيم ضربات القلب ومضخات الأنسولين والتحفيز العميق للدماغ وتفتح الباب على مصراعية للتطبيقات الطبية و غير الطبية في هذا المجال .

“إن التوجه إلى استخدام الموجات اللاسلكية هو المستقبل لكل شيء تقريبا. “نحن نعرف بالفعل أن الموجات فوق الصوتية آمنة، وأنه يمكنها أن تمر من خلال العظام والعضلات والأنسجة الأخرى، مما يجعلها الأداة النهائية للتلاعب بالخلايا في عمق الجسم.”

سريكانث تشالاساني – أستاذ مشارك في مختبر البيولوجيا العصبية الجزيئية في جامعة سالك والمؤلف الرئيسي للدراسة

علم الصوت-جينية

قبل حوالي عقد من الزمان، كان شالاساني رائدا في فكرة استخدام الموجات فوق الصوتية لتحفيز مجموعات من خلايا محددة جينياً ، وصاغ مصطلح علم السونوجينية “الصوت-جينية sonogenetics” لوصف ذلك.

في عام 2015 ، أظهرت مجموعته أن بروتين معين يسمى TRP-4 الموجود في نوع من الديدان المستديرة يمكنه جعل الخلايا حساسة للموجات فوق الصوتية منخفضة التردد.

عندما أضاف الباحثون هذا البروتين إلى بعض الخلايا العصبية الأخرى الخالية من هذا البروتين في نفس النوع من الديدان، تمكن العلماء من تنشيط هذه الخلايا أيضاً عبر تسليط دفقات من الموجات فوق الصوتية عليها – إنها نفس الموجات الصوتية المستخدمة في الفحوص الطبية!

حاول الباحثون إضافة TRP-4 إلى خلايا الثدييات ، ومع ذلك ، لم يتمكن البروتين من جعل الخلايا تستجيب للموجات فوق الصوتية. وأفيد أن بعض بروتينات الثدييات حساسة للموجات فوق الصوتية، ولكن لا شيء يبدو مثاليا للاستخدام السريري.

لذلك شرع تشالاساني وزملاؤه في البحث عن بروتين ثديي جديد يجعل الخلايا حساسة للغاية للموجات فوق الصوتية عند 7 ميغاهرتز ، والذي يعتبر ترددا مثاليا وآمنا.

“كان نهجنا مختلفا عن الشاشات السابقة لأننا شرعنا في البحث عن قنوات حساسة للموجات فوق الصوتية بطريقة شاملة.

يوسف توفيق، عالم المشروع السابق في سالك والمؤلف المشارك الأول للورقة الجديدة

محاولات جديدة

وأضاف الباحثون مئات البروتينات المختلفة، الواحد تلو الآخر، إلى الخلايا البشرية المستزرعة في المختبر (HEK)، والتي لا تستجيب عادة للموجات فوق الصوتية. ثم قاموا بمراقبة التغييرات في الخلايا عند تحفيزها بالموجات فوق الصوتية.

بعد فحص البروتينات لأكثر من عام، وتجربة ما يقرب من 300 بروتين مرشح، وجد العلماء أخيرا بروتيناً يجعل الخلايا البشرية المستزرعة في أطباق حساسة لتردد الموجات فوق الصوتية 7 ميغاهرتز.

نجح استخدام هذه الطريقة في الخلايا الموجودة في أطباق داخل المعمل وفي الفئران الحية . وقد نشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز في 9 فبراير 2022.

بروتين TRPA1

TRPA1 هو بروتين يقع على الغشاء المحيط بالعديد من الخلايا البشرية والحيوانية. يعرف هذا البروتين باسم مستشعر الألم والبرد والحكة في البشر والثدييات، فضلا عن كونه مستشعر للمثيرات البيئية التي تؤدي إلى ردود واقية أخرى مثل الدموع عند التعرض لرائحة البصل أو مثيرات السعال.

لكن فريق تشالاساني اكتشف أن هذا البروتين ينشط أيضا كاستجابة للموجات فوق الصوتية في الخلايا المستزرعة.

“لقد فوجئنا حقا. “بروتين TRPA1 تم دراسته جيدا في الخلايا المستزرعة ولكن لم يوصف بأنه البروتين الذي تتوقع أن يستجيب للموجات فوق الصوتية.”

المؤلف المشارك الأول للورقة مارك دوكي

لاختبار ما إذا كان هذا البروتين يمكنه تنشيط أنواع خلايا الأخرى لتستجيب للموجات فوق الصوتية، استخدم الفريق نهج العلاج الجيني لإضافة الجينات الTRPA1 البشرية إلى مجموعة محددة من الخلايا العصبية في أدمغة الفئران الحية. وعندما استخدموا الموجات فوق الصوتية على الفئران ، تم تنشيط الخلايا العصبية التي بها جينات TRPA1 فقط.

استخدامات متعددة

يستخدم الأطباء الذين يعالجون حالات بما في ذلك مرض باركنسون والصرع عبر التحفيز العميق للدماغ ، والذي ينطوي على زرع أقطاب كهربائية جراحيا في الدماغ ، لتنشيط مجموعات فرعية معينة من الخلايا العصبية.

يقول تشالاساني إن علم الوراثة السونوجينية يمكن أن يحل في يوم من الأيام محل هذا النهج — الخطوة التالية ستكون تطوير طريقة توصيل العلاج الجيني الذي يمكن أن يعبر حاجز الدم في الدماغ، وهو أمر يجري دراسته بالفعل.

ربما في وقت أقرب، كما يقول، يمكن استخدام علم الوراثة السونوجينية لتنشيط الخلايا في القلب، كنوع من منظم ضربات القلب الذي لا يتطلب أي زرع.

“توجد بالفعل تقنيات توصيل الجينات للحصول على جين جديد – مثل TRPA1 – في قلب الإنسان. “إذا استطعنا استخدام جهاز خارجي بالموجات فوق الصوتية لتنشيط تلك الخلايا، يمكن أن يحدث ذلك ثورة حقيقية في أجهزة تنظيم ضربات القلب.”

تشالاساني

في الوقت الراهن ، يقوم فريقه ببحث أكثر حول كيفية استشعار TRPA1 للموجات فوق الصوتية.

“من أجل جعل هذه النتيجة أكثر فائدة للبحوث المستقبلية والتطبيقات السريرية، ونأمل أن نحدد بالضبط ما هي أجزاء TRPA1 تسهم في حساسية الموجات فوق الصوتية وقرص لهم لتعزيز هذه الحساسية”، تقول كورين لي كوبلي

كورين لي كوبلي، مؤلف مشارك

كما يخطط الباحثون لإجراء مسح آخر لمزيد من البروتينات الحساسة للموجات فوق الصوتية لكن هذه المرة يبحثون عن البروتينات التي يمكن أن تمنع، أو تغلق، نشاط الخلية استجابة للموجات فوق الصوتية.

تعليق كاتب المقال

هناك العديد من التطبيقات الرائعة في هذا المجال والتي يمكن أن تحسن حياة الكثير من المرضى بالأمراض المزمنة أو من يعانون من فشل في بعض أجهزة الجسم .

ربما يوجد أيضاً جانب مظلم لهذه التقنية إذا ما تم استخدامها بشكل سيء. يبحث العلماء عن دعم أبحاثهم عادة لذلك لا يميل الباحثون عادة إلى ذكر التطبيقات السيئة المحتملة .

تخيل عزيزي القاريء إذا ما قرر البشر استخدام الموجات فوق الصوتية اللاسلكية تلك كسلاح ، يمكن من خلال هذه التقنية التي قد تستخدم في تنظيم عمل القلب أن توقفه أو تتداخل مع عمله و يمكن لها أيضاً التداخل مع عمل أعضاء هامة مثل المخ والتأثير عليه أو تعطيله !

على الرغم من أن استخدام الموجات الصوتية لتنشيط الخلايا البشرية و التحكم بها يبدو للوهلة الأولى أمراً رائعاً خصوصاً في مجال الطب و علاج الأمراض دون تدخلات جراحية أو أجهزة خارجية إلا أن معرفتنا بالتاريخ البشري يمكن أن تخبرنا الكثير حول مدى خطورة هذا الأمر على البشر ، لذا ربما من الجيد فتح باب النقاش حول وضع ضوابط لتطبيق هذا الابتكار أيضاً .

ومع ذلك فإن الإستخدامات المتوقعة لهذه التقنية مغرية للغاية ويمكنها أن تغير علم الطب بأكملة إذا ما نجح البشر بالفعل في اطلاق القوة العلاجية الكامنة فيها .

مصدر
https://www.salk.edu/news-release/in-a-first-for-sonogenetics-researchers-control-mammalian-cells-with-sound/