در بین انواع مختلف درمان سرطان، فوتودینامیک تراپی (photodynamic therapy)، می‌تواند یکی از عجیب‌ترین عوارض جانبی را ایجاد کند: قوی‌تر شدن بینایی فرد بیمار در تاریکی! فوتودینامیک تراپی، نوعی روش درمان سرطان است که در آن از نور برای از بین بردن سلول‌های بدخیم استفاده می‌گردد. 

حالا دانشمندان کشف کرده‌اند که چرا چنین اتفاقی می‌افتد و چرا دید بیمارانی که تحت این درمان قرار گرفته‌اند در تاریکی افزایش می‌یابد: علت آن این است که رودوپسین (rhodopsin) که یک پروتئین حساس‌به‌نور در شبکیه چشم ماست، با یک ترکیب حساس‌به‌نور دیگر به نام کلرین e6 واکنش می‌دهد.

این کشف، بر پایه دانسته‌های قبلی دانشمندان درباره ترکیب ارگانیکی رتینال (retinal) که در داخل چشم وجود دارد و معمولا به نور مادون‌قرمز حساس نیست، صورت گرفته است.

در پروسه معمولی دیدن، نور مرئی، رتینال را تحریک می‌کند تا از رودوپسین جدا شود. این مکانیسم، تبدیل به سیگنال الکتریکی‌ می‌شود که مغز ما برای دیدن اشیا تفسیر می‌کند. با اینکه ما در هنگام شب نور مرئی زیادی را نمی‌بینیم، اما مشخص شد که این مکانیسم می‌تواند با ترکیب دیگری از نور و ماده شیمیایی هم تحریک گردد. دانشمندان متوجه شدند که رتینال، تحت نور مادون‌قرمز و با تزریق کلرین، به همان ترتیب که تحت نور مرئی است ترکیب می‌شود.

Antonio Monari، شیمیدان از دانشگاه Lorraine در فرانسه می‌گوید: این همان مکانیسمی است که افزایش قدرت بینایی بیمار در طول شب را توضیح می‌دهد. با این‌حال، ما دقیقا نمی‌دانستیم که رودوپسین و گروه رتینال آن، چگونه با کلرین واکنش می‌دهند. اما حالا با استفاده از شبیه‌سازی مولکولی موفق به توضیح آن شده‌ایم.

تیم تحقیق، در کنار انجام محاسبات شیمیایی، از یک شبیه‌سازی مولکولی هم برای مدل کردن حرکات اتم‌های منفرد و نحوه شکست و ایجاد پیوندهای شیمیایی استفاده کردند.

این شبیه‌سازی، تا قبل از آنکه بتواند به‌طور دقیق واکنش‌های شیمیایی ایجادشده توسط تابش مادون قرمز را مدل‌سازی کند، برای چندین ماه اجرا گردید. در شرایط واقعی، این واکنش‌ها در عرض چند نانوثانیه اتفاق می‌افتند. Monari می‌گوید: ما برای شبیه‌سازی‌مان، یک پروتئین رودوپسین مجازی را در تماس با چندین مولکول کلرین e6 و آب قرار دادیم.

شبیه‌سازی مولکولی نشان داد که کلروین e6 با جذب نور مادون‌قرمز، با اکسیژن موجود در بافت چشم واکنش می‌دهد و آن را تبدیل به یک تک اتم اکسیژن فوق‌العاده واکنشی می‌کند. این تک اتم اکسیژن، علاوه بر نابودی سلول‌های سرطانی می‌تواند با رتینال هم واکنش دهد و باعث افزایش قدرت دید در شب شود.

حالا که دانشمندان پروسه شیمیایی به‌وجودآورنده این عارضه جانبی عجیب را می‌دانند، شاید بتوانند جلوی اتفاق افتادن آن در بیماران تحت فوتودینامیک تراپی را بگیرند.

ضمن اینکه، با کنترل این واکنش‌های شیمیایی شاید حتی بتوان درمانی برای انواع خاصی از کوری‌ها یا حساسیت‌های بیش‌ازاندازه به نور هم پیدا کرد. هرچند که ما مطلقا توصیه نمی‌کنیم که کسی کلرین e6 را برای داشتن دید قوی در شب امتحان کند.

این مطالعه، بار دیگر مزیت‌های شبیه‌سازی مولکولی را به ما نشان می‌دهد؛ اینکه چگونه قدرتمندترین کامپیوترهای دنیا می‌توانند درک عمیقی از علم به ما بدهند.

Monari می‌گوید: شبیه‌سازی مولکولی، پیش‌ازاین، برای درک مکانیسم‌های بنیادین بدن استفاده شده است (برای مثال برای دانستن اینکه چرا برخی از آسیب‌های خاص DNA بهتر ترمیم می‌‌شوند) و می‌تواند کار انتخاب مولکول‌های درمانی مستعد را، از طریق شبیه‌سازی واکنش آن‌ها با یک هدف موردنظر، راحت‌تر سازد.

این تحقیق در مجله Journal of Physical Chemistry Letters چاپ شده است.

نوشته درمان سرطان با روش فوتودینامیک تراپی باعث دید قوی در شب می‌شود! اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.

در یک مطالعه جدید، دانشمندان برای اینکه بدانند دید سه‌بعدی ماهی مرکب یا ده‌پا (cuttlefish) چگونه کار می‌کند، از یک عینک سه‌بعدی آبی و قرمز بر روی چشمان این حیوان استفاده کردند.

در این تحقیق مشخص شد که با وجود اینکه چشمان ماهی مرکب کاملا متفاوت از چشمان انسان است، اما دید سه‌بعدی آن‌ها تا حدود زیادی شبیه دید سه‌بعدی ماست. با این‌حال، به نظر می‌رسد که مکانیسم دید سه‌بعدی آن‌ها بسیار متفاوت از ما باشد.

Rachael Feord، عصب‌شناس از دانشگاه کمبریج می‌گوید: این مطالعه یک گام دیگر ما را به سمت دانستن این موضوع که سیستم‌های عصبی متفاوت چگونه برای حل یک مشکل واحد تکامل یافته‌اند، نزدیک‌تر کرد.

ماهی مرکب، یکی از عجیب‌ترین چشم‌ها را در دنیای حیوانات دارد. این حیوان، فقط یک نوع دریافت‌کننده نور دارد که ممکن است باعث شود دید او تنها به‌صورت سیاه و سفید باشد. اما این ماهی دارای یک مردمک منحصربه‌فرد W شکل است که احتمالا به او اجازه می‌دهد تا رنگ‌ها را به یک شیوه کاملا متفاوت از مهره‌داران دریافت کند.

زمانی که ما چشمان‌مان را فوکوس می‌کنیم، شکل لنز آن‌ها تغییر می‌کند، اما در ماهی مرکب، مکان لنز تغییر می‌کند. همچنین برخلاف ما، این حیوان دارای چشمانی هستند که در جهات مقابل هم قرار می‌گیرند و یک دید کامل ۳۶۰ درجه‌ای را تولید می‌کنند.

ماهی مرکب همچنین دارای چشمان متفاوتی از سایر سرپایان مانند اختاپوس‌ها است که نمی‌توانند چشمان خود را به سمت جلو بچرخانند و بنابراین قادر به دید سه‌بعدی برای درک عمق نیستند. ماهی مرکب می‌تواند از تفاوت‌های کوچک موجود بین آنچه که هر کدام از چشم‌های او از یک منظره واحد می‌بینند، برای تشخیص عمق استفاده کند.

ما می‌دانیم که برخی از سرپایان برآمدگی‌هایی بر روی شبکیه خود دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا عمق را براساس اینکه اشیا با چه سرعتی به داخل یا بیرون فوکوس می‌لغزند، تشخیص دهند. اما همانطور که گفته شد ماهی مرکب برخلاف خویشاندوان خود، می‌تواند چشمانش را به سمت جلو بچرخاند. بنابراین پژوهشگران فکر می‌کردند که این ماهی ممکن است متفاوت از سایر سرپایان باشد و توانایی استفاده از دید سه‌بعدی را داشته باشد.

دانشمندان برای بررسی این موضوع، از یک عینک‌ سه‌بعدی بر روی چشمان ۱۴ ماهی مرکب استفاده کردند و سپس به آن‌ها آموزش دادند تا در حالیکه عینک بر روی چشمان‌شان بود، به یک شکار حمله کنند.

مخزن آب حاوی این ماهی‌ها، در مقابل یک صفحه کامپیوتری قرار داده شد و دو میگوی متحرک با رنگ‌های متفاوت به آن‌ها نشان داده شد. تصاویر میگوها طوری ساخته شده بود که از طریق عینک‌های سه‌بعدی، در جلو یا پشت صفحه ظاهر گردند. اگر ماهی‌ها از دید سه‌بعدی استفاده می‌کردند، در این صورت به آن تصاویر حمله می‌کردند.

و این همان چیزی بود که اتفاق افتاد. Trevor Wardill، عصب‌شناس از دانشگاه مینه‌سوتا می‌گوید: نحوه عکس‌العمل ماهی‌های مرکب به آن تصاویر، به‌وضوح نشان می‌دهد که آن‌ها به هنگام شکار از دید سه‌بعدی استفاده می‌کنند. زمانی که تنها یک چشم بتواند میگو را ببیند، به این معنی است که دید سه‌بعدی امکان‌پذیر نبوده و حیوانات زمان بیشتری را برای تعیین محل دقیق شکار صرف می‌کنند. اما وقتی که هر دو چشم بتوانند میگو را ببینند به این معنی است که آن‌ها دید سه‌بعدی را به کار برده‌اند و در نتیجه هنگام شکار سریع‌تر تصمیم خواهند گرفت.

این ویژگی منحصربه‌فرد، ماهی مرکب را تبدیل به دومین بی‌مهره‌داری کرده است که از دید سه‌بعدی برای درک عمق استفاده می‌کند. دانشمندان قبلا نشان داده‌اند که حشره آخوندک هم توانایی درک عمقی دوچشمی دارد. البته دید سه‌بعدی آخوندک بسیار متفاوت از دید سه‌بعدی انسان است. ما می‌توانیم عمق را در صحنه‌های ایستا درک کنیم، اما درک عمق آخوندک تنها بر روی چیزهایی که متحرک هستند، فوکوس می‌کند.

اینکه دید سه‌بعدی ماهی مرکب چگونه کار می کند، هنوز مشخص نیست، اما این توانایی ممکن است در نتیجه پروسه کاملا پیچیده‌ای باشد که نه در چشمان حیوان بلکه در داخل مغز او اتفاق می‌افتد.

Paloma Gonzalez-Bellido، عصب‌شناس از کالج علوم بیولوژیکی می‌گوید: در حالیکه چشمان ماهی مرکب بسیار شبیه به چشمان انسان است، اما مغز او خیلی متفاوت است. ما می‌دانیم که مغز ماهی مرکب مانند مغز انسان بخش‌بندی‌شده نیست و مثلا یک قسمت اختصاصی برای پردازش بینایی ندارد. بررسی‌های ما نشان می‌دهد که باید ناحیه‌ای در مغز این حیوان وجود داشته باشد که تصاویر چشم چپ و راست ماهی را مقایسه کرده و تفاوت آن‌ها را محاسبه می‌کند.

مرحله بعدی این مطالعه قرار است بررسی مدارهای مغز ماهی مرکب باشد که نحوه انجام محاسبات دید سه‌بعدی در مغز او را مورد بررسی قرار خواهد داد.

این تحقیق در مجله Science Advances چاپ شده است.

نوشته دانشمندان از عینک سه‌بعدی برای بررسی بینایی ماهی مرکب استفاده کردند اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.

شما وقتی برای اولین بار چشمان‌تان را باز کردید، اولین چیزی که دیدید، نور بود. این موضوع مربوط به زمانی می‌شود که در سه‌ماهه دوم بارداری مادرتان، هنوز در رحم او بودید.

مغز شما در آن زمان، به‌سرعت در حال رشد کردن بود، ریه‌هایتان کاملا شکل گرفته بود (هرچند هنوز قادر به نفس کشیدن نبودید) و شبکیه چشمان‌تان اولین روشنایی‌ها را تشخیص می‌داد.

درست است که شما هم مثل همه پستانداران، نابینا (به‌لحاظ عملکردی) به دنیا آمدید؛ اما مدت‌ها قبل از آن، می‌توانستید روشنایی جهان را درک کنید. حالا یک مطالعه جدید بر روی موش‌ها نشان می‌دهد که چشم پستانداران در داخل رحم، توانایی‌هایی به‌مراتب فراتر از حد تصور ما دارد.

بد نیست بدانید اولین سلول‌های حساس‌به‌نور که در شبکیه چشم رشد می‌کنند، از نوع سلول‌های ipRGC هستند که یک دهه پیش کشف شده‌اند.

هنگام به دنیا آمدن پستانداران، سلول‌های میله‌ای و مخروطی‌شکل موجود در شبکیه چشم، که اجازه درک رنگ‌ها و تصاویر را می‌دهند، هنوز به مغز متصل نیستند. این کار، برای اینکه اتصال‌های قوی شکل بگیرند، نیاز به زمان و تمرین دارد. اما تحقیقات اخیر، که اکثرا بر روی موش‌ها و میمون‌ها انجام شده، نشان می‌دهند که حساسیت چشم پستانداران به نور ممکن است حتی خیلی زودتر از آن توسعه پیدا کرده باشد.

مطالعات انجام‌شده بر روی این حیوانات نشان می‌دهند که سلول‌های محتلف ipRGC، حتی در مرحله جنینی، اطلاعاتی را درباره نور محیطی به بخش‌های مختلف مغز ارسال می‌کنند.

دانشمندان تابه‌حال توانسته‌اند شش نوع از سلول‌های ipRGC را شناسایی کنند، اما چیز زیادی درباره آن‌ها و نحوه تاثیرشان بر روی رشد شبکیه نمی‌دانند.

حالا محققین دانشگاه برکلی کالیفرنیا می‌گویند که دانشمندان، توانایی‌های این سلول‌های حساس‌به‌نور را لااقل در مورد موش‌ها، بسیار دست‌کم گرفته‌‌اند.

Marla Feller، استاد بیولوژیست سلولی و سرپرست گروه تحقیق، در این‌باره می‌گوید: با اینکه پیش از این، ثابت شده است که این سلول‌های حساس‌به‌نور، در مواردی مانند رشد رگ‌های خونی در شبکیه، بسیار مهم هستند؛ اما حساسیت آن‌ها، از نوع پاسخ به روشن/خاموش شدن نور بوده و حتما نیاز به بودن یا نبودن نور است. بنابراین به ‌نظر می‌رسد که این سلول‌ها واقعا تلاش می‌کنند تا شدت‌های بسیار مختلف نور را و در نتیجه اطلاعات بسیار بیشتری را، در مقایسه با آنچه قبلا تصور می‌شد، رمزگذاری کنند.

محققین مطالعه حاضر، توانستند با کالبدشکافی شبکیه موش‌ها و استفاده از روش‌های مختلف آنالیز و فارموکولوژی نشان دهند که همه شش نوع سلول ipRGC، در موش‌های تازه‌ متولدشده، به هم متصل بوده و از طریق نوعی اتصالات الکتریکی به نام gap junctions با یکدیگر ارتباط دارند.

این شبکه اطلاعات، نه‌تنها قادر به تشخیص نور است بلکه به‌نظر می‌رسد می‌تواند به شدت‌های مختلف نور هم پاسخ دهد. این امر نشان می‌دهد که شبکیه چشم پستانداران حتی در درون رحم نیز جزییات روشنایی را رمزگذاری می‌کند.

Feller می‌گوید: ما فکر می‌کردیم که سلول‌های ipRGC موجود در داخل یک چشم درحال‌رشد، فقط به مغز متصل می‌شوند و به بسیاری از نقاط دیگر شبکیه اتصالی ندارند. اما حالا مشخص شده است که آن‌ها با یکدیگر نیز ارتباط دارند.

نکته جالب دیگری که محققین به آن برخورد کردند این بود که، با وجود اینکه برخی از سلول‌های ipRGC، از اتصالات gap junctions برای برقراری ارتباط با یکدیگر استفاده می‌کردند، اما بقیه آن‌ها این‌گونه رفتار نمی‌کردند؛ که خود این موضوع نشان می‌دهد آن‌ها احتمالا نقش‌های‌ متفاوتی بازی می‌کنند.

نتایج بدست‌آمده، درمجموع، نشان‌دهنده یک مدار عصبی بود که در داخل آن، سلول‌های ipRGC نوع 2 و 5، به‌طور گسترده‌ای با یکدیگر ارتباط داشتند و متکی به نور قابل‌تشخیص بودند؛ این در حالی بود که سلول‌های ipRGC نوع 1، جداگانه عمل می‌کردند و پاسخ‌شان در برابر نور، تنها از طریق ابزارهای درونی انجام می‌شد.

تیم تحقیق می‌گوید که در واقع این اتصالات gap junctions هستند که به کل مدار عصبی اجازه چنین پاسخ متنوعی را در برابر نور می‌دهند.

Feller می‌گوید: با توجه به تنوع سلول‌های ipRGC و اینکه آن‌ها با بسیاری از بخش‌های مغز ارتباط برقرار می‌کنند، این سوال پیش می‌آید که آیا آن‌ها واقعا نقشی در نحوه اتصال شبکیه به مغز بازی می‌کنند یا نه. شاید در مورد مدارهایی بینایی این‌طور نباشد، اما برای رفتارهای غیربینایی شاید چنین باشد. برای مثال، دلیل اینکه پستانداران تازه‌متولدشده از نور اجتناب کنند شاید همین موضوع باشد.

به‌هرحال، تحقیقات انجام‌شده بر روی سلول‌های ipRGC در حال‌حاضر محدود بوده و لذا مطالعات بیشتری برای مشخص کردن نحوه کار آن‌ها، زمان رشد و نوع پاسخ‌دهی‌شان لازم است.

البته باید این نکته را هم خاطرنشان کنیم که گرچه موش‌های آزمایشگاهی مدل‌های مهمی برای بررسی چگونگی رشد چشم انسان هستند، اما فیزیولوژی چشم آن‌ها، از نقطه‌نظر سازگاری‌های غیرمعمولی که گیرنده‌های نوری‌ داخل چشم‌هایشان دارند، بسیار متفاوت از فیزیولوژی چشمان ماست.

با این‌حال، موش‌ها همچنان جزو بهترین مدل‌هایی هستند که ما از طریق مطالعه آن‌ها می‌توانیم اطلاعات بیشتری را درباره چشمان خودمان کسب کنیم.

نتایج مطالعه حاضر در مجله Current Biology چاپ شده است.

نوشته جنین پستانداران در رحم مادر قادر به درک نور هستند! اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.