به سوی اینشتین شدن

آزمايشي كه سه سال قبل در حد رؤيا و خيال تلقي مي‌شد، هم‌اكنون به واقعيت پيوسته است. دكتر Groves و همکارانش در آزمايشگاه ملي لورنس بركلي و دانشكدة پزشكي دانشگاه نيويوريك از تركيب فناوري‌نانو با بيوشيمي، به غشاهاي مصنوعي منحصر به فردي دست يافتند، که آنها را قادر مي‌ساخت تا مستقيماً فعاليت سيگنال‌دهي سلول‌هاي زندة T شكل سيستم ايمني را كنترل كنند.
دكتر Groves مي‌گويد: اين ترکيب فناوري‌نانو معدني با مولكول‌ها و سلول‌هاي آلي ما را قادر مي‌سازد تا به درون سلول‌ زنده رفته و با دقت مولكولي به بررسي فيزيكي مولكول‌هاي سيگنال دهندة آن بپردازيم. اكنون مي‌توان گفت كه ظرف آزمايش يا بشرهاي ما سلول‌هاي زنده مي‌باشند و مي‌توانيم واكنش‌هاي شيميايي را كه در آنجا رخ مي‌دهد مشاهده نمائيم.
تصوير، ميكروگراف‌هاي الكتروني فلورسانت سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي تشكيل شده توسط سلول‌هاي پذيرندة T شكل (رنگ سبز) و مولكو‌ل‌هاي چسبنده (رنگ قرمز) را نشان مي‌دهد.
سلول‌هاي ‌T شكل در واقع نوعي از سلول‌هاي سفيد خون (گلبول‌هاي سفيد) مي‌باشند كه به سلول‌هاي سرطاني و نيز سلول‌هاي بيمار حمله‌ مي‌كنند. همچنين اين سلول‌هاي سيستم ايمني، انواع مختلفي از سيگنال‌هاي شيميايي را توليد مي‌كنند كه پاسخ ايمني بدن را تنظيم مي‌كند.
دانشمندان تاكنون نظريات پيچيده مختلفي درباره چگونگي كنترل توان و زمان سيگنال‌هاي فعال كنندة سلول‌هاي T شكل مطرح كرده بودند بدون آن كه بتوانند آزمايشي دربارة فاكتورهاي كليدي آن ترتيب دهند. سه سال پيش دانشمندان اين آرزو را داشتند كه بتوانند طي آزمايشي، دريابند چگونه تغيير شكل هندسي يعني چگونگي تماس سلول‌هاي T شكل و به عنوان مثال سلول‌هاي سرطاني، آنچه كه ما آن را رابطه دوطرفه فضايي مي‌ناميم بر سيگنال‌دهي سلول T شكل تأثير مي‌گذارد. آنها سپس دريافتند كه ابزارهايي در اختيار دارند كه مي‌تواند الگوهاي نانومقياس براي انجام اين كار را توليد كند.
سيستم ايمني بدن انسان، تعامل گسترده و قابل توجهي از انواع مختلفي از سلول‌ها است. كه حفظ بدن ما را در برابر بيماري‌هاي واگيردار باكتريايي، انگلي، قارچي و ويروسي و نيز در برابر رشد تومورها محافظت مي‌كند.
هنگامي كه آنتي‌ژن‌ها، علامت‌هاي ويژه روي سطح سلول غير خودي را مشاهده كنند فرايند محافظت آغاز مي‌شود. اين کار توسط سلول‌هاي T شكل توليد شده توسط تيموس انجام مي‌شوند.
محققان با استفاده از يك پيكرة واقعي نشان دادند كه مركز كنترل سيگنال‌دهي سلول T در محل اتصال با نقطه تماس سلول T و آنتي‌ژن، كه سيناپس ايمونولوژيكي ناميده مي‌شود قرار دارد. زيرا اين نقطه شبيه سيناپس بين دو سلول عصبي كه با هم در ارتباطند مي‌باشد.
در سيناپس ايمونولوژيكي، يك خوشة مركزي از سلول‌هاي پذيرنده T با حلقه‌اي از مولكول‌هاي چسبنده احاطه شده و شكلي شبيه چشم گاو تشكيل مي‌دهند. مركز اين چشم را خوشه فعال‌سازي فرا مولكولي مي‌نامند.
قبلاً ايدة اصلي دربارة –SMAC C آن بود كه هر چه خوشه سلول T پذيرندۀ بزرگتر باشد، سيگنال فعال‌سازي سلول T هم قوي‌تر است. اما اين ايده چندي بعدي نقض شد و دانشمندان نشان دادند كه عكس اين قضيه صادق است.
درهم آميختگي خوشه C-SMAC باعث توقف سيگنال فعال‌سازي سلول مي‌شود مدت زمان اين سيگنال فعال‌سازي هم به سامان‌دهي فضايي سلول T پذيرنده و نه اندازه خوشه بستگي خواهد داشت.
گفتني است دكتر Groves و همكارانش غشاهاي مصنوعي مورد نظر خود را از ليپيد (چربي) ساختند. آنها اين غشاءها را روي ماده پايه‌اي از جنس سيلسيم بكار بردند و به اين ترتيب اين غشاها مي‌توانستند به مقدار چند نانومتر روي ماده پايه آزادانه به اطراف حركت كنند.
با اين كار محققان توانستند غشاها را در حالت سياليت طبيعي خود حفظ كرده و به اين ترتيب ليپيدها و سلول‌هاي T شكل پروتئين‌هاي پذيرنده در هم ادغام شده و آزادانه در فواصل ماكروسكوپي با هم برهم‌كنش ‌كنند.
دكتر گردفز مي‌گويد: سياليت غشاءها، با توليد آنتي‌ژن‌هاي مصنوعي، از سطح سلولي كه امكان شكل‌گيري سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي كاري را با سلول‌هاي زندۀ T فراهم مي‌سازد محافظت مي‌كند.
محققان توانستند با قرار دادن مادة پايه سيليسم با خطوط كروم به پهناي تنها 100 نانومتر، جهشي فضايي در شكل هندسي سيناپس‌ها ايجاد كنند اين خطوط كرومي فوق‌العاده باريك به صورت مانع، محدود كنندة حركت غشاهاي چربي و سلول‌هاي T شكل پروتئين پذيرنده عملي مي‌كنند. با استفاده از چاپ پرتوالكتروني، روشي كه در توليد تراشه‌‌هاي رايانه‌‌اي بكار مي‌رود، محققان توانستند اين خطوط كروم را به صورت چند الگوي متمايز از جمله شبكه‌اي از خطوط موازي ساده و نيز مجموعه‌اي از شش ضلعي‌هاي هم مركز درآورند.
با تغيير شكل اين سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي، دانشمندان نشان دادند كه سيگنال سيناپس در يك مد تقويت شده شروع مي‌شود و انتقال پذيرنده‌هاي T شكل به سمت مركز باعث تضعيف سيگنال و از بين رفتن آن مي‌شود و اين كاملاً مستقل از درجة خوشه شدن است.
به گفته دكتر Groves اين روش جديد، براي برجسته‌سازي فضايي دربسياري از سيستم‌هاي سيگنال‌دهي بين سلولي قابل استفاده است و هم‌اكنون وي و همكارانش شروع به استفاده از آن در بررسي شكل‌گيري سيناپس‌هاي عصبي و مكانيسم‌هاي سيگنال‌دهي سلولي در بهبود سرطان نموده‌اند. آنها همچنين از آن در محدودة ديناميكي سيگنال‌‌دهي كه محدود پاسخ‌دهي سلول‌هاي پذيرندة T مي‌باشد استفاده نمودند.
اين آزمايشات با استفاده از فناوري‌نانو معدني براي بدام‌اندازي فيزيكي پروتئين در سلول زنده و جابجا كردن آن به محل ديگري از سلول انجام مي‌شود سپس مي‌توان چگونگي پاسخ سلولي را مشاهده كرد.
دكتر Groves و همكارانش از اين روش براي بررسي سلول‌ T به عنوان يك سيستم الگو استفاده نمودند اما شماي كلي در اينجا بسيار كلي‌تر است. در حالي كه تصور مي‌شد نقش مهمي در نتيجه يك واكنش شيميايي داشته باشد اما دانشمندان با آزمايشاتي كه انجام دادند دريافتند كه اين مطلب در مورد سلول‌هاي زنده درست نيست.
به اين ترتيب، موقعيت فضايي، اطلاعاتي را كه مي‌تواند مستقيماً به نتايج شيميايي جايگزين منتقل شود را به رمز در مي‌آورند.
گزارش كاملي از اين تحقيق با عنوان:
"سيگنال‌دهي TCR جايگزين حاصل از سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي بازالگودهي شده" در مجلۀ Science به چاپ رسيده است.

تصوير الف) اين سيناپس را به شكل طبيعي چشم گاوي نشان مي‌دهد. تصوير ب) خطوط كُرم براي الگودهي اين سيناپس‌ها به صورت خطوط موازي استفاده شده است. ج) اين سيناپس‌ها به شكل شبكه‌اي مربعي الگو گرفته است. د) اين سيناپس‌‌ها به صورت شش ضلعي‌هاي هم مركز درآمده‌اند

منبع