حباب ها چه نقشی در آسیب های مغزی دارند؟

محققان "دانشگاه ایالتی آیووا" آمریکا در مطالعه اخیرشان با حمایت کمک‌های مالی دفتر تحقیقات نیروی دریایی و با رهبری "نیکول هاشمی"(Nicole Hashemi) استاد ایرانی این دانشگاه توانسته‌اند توضیحاتی درباره آسیب سلول‌های مغزی ناشی از تشکیل و فروپاشی میکروحباب‌ها که باعث ایجاد فرایندی به نام "حفره‌زایی"(cavitation) می‌شوند، بدهند. محققان یافته‌های خود را در مقاله‌ای با عنوان "چالش‌های جهانی"(Global Challenges) ارائه دادند.  

نویسندگان اصلی این مطالعه "نیکول هاشمی" استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه آیووا و "الکس ورد"(Alex Wrede) پژوهشگر فوق دکترا آزمایشگاه هاشمی(Hashemi’s lab) بودند.

محققان طی این مطالعه گفتند که میکروحباب‌هایی که اندازه آنها چند میکرون است می‌توانند در مایع مغزی نخاعی در داخل جمجمه در هنگام صدمات مغزی تشکیل شوند. شکل گیری و فروپاشی چشمگیر این میکروحباب‌ها می‌تواند علت برخی از آسیب‌های ناشی از آسیب مغزی باشد.

آسیب حبابی ممکن است بی‌اهمیت به نظر برسد اما سقوط و شکستن حباب و موج‌های شوکی ناشی از آن می‌تواند به مغز آسیب جدی برساند. بنابراین آگاهی از آسیب‌هایی که این حباب‌ها می‌توانند به بافت آسیب پذیر مغز وارد کنند بسیار مهم است.

برای آزمایش و توصیف تأثیر حفره زایی داخل جمجمه، محققان یک بستر/پلتفرم کشت سلولی سه بعدی برای سلول‌های آستروسیت(astrocyte) یا آستروگلیا یا اختریاخته که در پشتیبانی، حفظ و ترمیم عصب مرکزی فعال هستند، شبیه سازی کردند.

آنها بستر/پلتفرم کشت سلولی را در یک مخزن کوچک غوطه ور کردند و میکروحباب‌هایی به ابعاد ۶۰ میلیون در یک متر ایجاد کردند. برخی از میکروحباب‌ها به داربست میکرو فیبر لایه شده سلول متصل شدند. محققان سپس دستگاه‌های فراصوت موجود در مخزن را روشن کردند و شاهد فروریختن میکروحباب‌ها و ایجاد حفره‌ها شدند.

آنها همچنین از این دستگاه‌های فراصوت بر روی یک گروه کنترل شده از سلول‌ها که در معرض حفره زایی قرار نداشتند نیز استفاده کردند.

در گام بعد ابتدا محققان از یک میکروسکوپ معکوس برای ثبت هرگونه تغییر مورفولوژیکی در سلول‌ها استفاده کردند. سپس با همکاران کالج دامپزشکی دانشگاه آیووا به ارزیابی اینکه آیا تغییرات ژنتیکی در سلول وجود دارد یا خیر پرداختند. میکروسکوپ وارونه یا میکروسکوپ معکوس، میکروسکوپی است که منبع نوری و کوندانسور آن در قسمت فوقانی آن، بالای صفحهٔ قرارگیری نمونه و عدسی شیئی آن پایین محل قرارگیری نمونه قرار دارد.

محققان دریافتند که حفره زایی باعث کوچک شدن سلول‌ها و زبرتر شدن سطح آنها شده است. هنگامی که تصاویری که پس از ۲۲ الی ۴۸ ساعت بعد از آزمایش از سلول‌ها گرفته شده بود را مشاهده کردند متوجه شدند سلول‌ها درازتر شده و رشد کرده‌اند. محققان همچنین دریافتند که سلول‌های آسیب دیده در اثر حفره زایی دارای بیان ژن‌هایی مانند TNF-α و IL-۶ هستند که با شرایط التهابی مانند کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ (SARS-CoV-۲) و اختلالات عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر مرتبط هستند.

محققان گفتند: تمام این یافته‌ها تایید می‌کنند که حفره زایی اطراف سلول‌ها برای عملکرد آستروسیت مضر است.

آستروسیت(astrocyte) یا آستروگلیا یا اختریاخته، یاخته‌ای گلیایی(پی‌بانی) و ستاره‌شکل است که تغذیه و حفاظت یاخته‌های عصبی را بر عهده دارد.

آستروسیت‌ها سلول‌های گلیای ستاره‌شکل در مغز و طناب نخاعی می‌باشند. آستروسیت‌ها بیشترین نوع سلول‌های گلیا هستند. آستروسیت یعنی سلول ستاره‌ای و این نام به درستی شکل این سلول را توصیف می‌کند. آستروسیت‌ها از اندازه بزرگی برخوردارند و نورون‌ها را تغذیه کرده و از آن‌ها حمایت می‌کنند و به همراه میکروگلیاها مواد زاید درون مغز را از بین می‌برند و در نهایت به صورت مواد شیمیایی از مایع احاطه‌کنندهٔ نورون‌ها حفاظت می‌کنند.گاهی اوقات نورون‌ها به دلایل ناشناخته‌ای از بین می‌روند یا در اثر ضربه مغزی عفونت یا سکته مغزی می‌میرند. در این هنگام آستروسیت‌ها به همراه میکروگلیا وظیفه پاکسازی و از بین بردن مواد زاید باقی‌مانده را به عهده می‌گیرند. این سلول‌ها قادرند در دستگاه عصبی مرکزی حرکت کرده، به هنگام برخورد با یک مادهٔ زاید آن را بلعیده و هضم کنند.

هاشمی گفت: در حالی که پزشکان به دنبال درمان آسیب‌های مغزی ناشی از حفره زایی هستند، مهندسان می‌توانند بر روی شناسایی مکان‌هایی در مغز که احتمالاً حفره زایی در آنها رخ می‌دهد تمرکز کنند.

محققان گفتند: نقشه محل وقوع حفره زایی می‌تواند ایده‌ای مناسب برای طراحی کلاه ایمنی نوین باشد که احتمال حفره زایی را کاهش می‌دهد و در حالی که محققان این مطالعه روی طراحی کلاه ایمنی متمرکز هستند، هاشمی گفت از همان ایده‌ها می‌توان برای طراحی و توسعه کلاه ایمنی برای بازیکنان فوتبال و سایر ورزش‌ها نیز استفاده کرد. بازیکنان فوتبال در برخی موارد و در صورت خوردن ضربه به سر به اشکال خفیفی از آسیب دیدگی مغزی دچار می‌شوند که ممکن است متوجه این موضوع نشوند، اما اثرات آسیب‌های حفره زایی در مغز آنها وجود خواهد داشت.