یک درمان شیمیایی که کل اندام را شفاف می‌سازد، پیشرفت بزرگی را در حوزه «اتصال‌شناسی» (تلاشی برای نقشه‌برداری سیم‌کشی فوق‌العاده پیچیده مغز) نوید می‌دهد. دانشمندان توانستند از این روش برای مشاهده ساده و دقیق شبکه عصب‌ها استفاده کنند. همچنین این فناوری مسیرهای پژوهشی نوینی برای مغزهای قدیمی فراهم می‌کند که از بیماران و اهداگران سالم ذخیره شده‌اند.

توماس اینسل (Thomas Insel) از موسسه ملی سلامت روانی در ایالات متحده که بخشی از کار را تامین هزینه کرد می‌گوید: «شاید در طی دهه‌های اخیر، این یکی از مهمترین پیشرفت‌ها در کالبدشناسی اعصاب باشد.» فناوری حال‌ حاضر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا عصب‌ها و اتصال آن‌ها را با جزییات میکروسکوپی ببینند – اما تنها در بافت‌های بسیار کوچک بریده شده. پژوهشگران باید داده‌های سه‌بعدی را از عکس‌های این قطعات بسیار کوچک بازسازی کنند. هماهنگی صدها یا حتی هزاران عکس برای نقشه‌برداری بلندبرد سلول‌های عصبی پرزحمت و خطادار، و به طوری تحلیل دقیق مغز عملا ناممکن است.

در عوض این روش جدید به پژوهشگران امکان می‌دهد تا مستقیما کل مغز را که به لحاظ اپتیکی شفاف شده است و یا قطعات بزرگی از بافت مغز را ببینند. این روش که CLARITY نامیده می‌شود توسط کارل دیزروث (Karl Deisseroth) و گروهش در دانشگاه استنفورد انجام گرفت؛ وی می‌گوید: «شما می‌توانید درست به ساختار ریز سامانه برسید در حالی که تصویر بزرگ آن را نیز از دست نمی‌دهید.» او می‌افزاید که گروهش در حال شفاف‌سازی یک مغز کامل انسان هستند.

این روش که به صورت آنلاین در نشریه نیچر به چاپ رسید، با استفاده از شوینده SDS مغز را شفاف می‌کند؛ این ماده چربی‌هایی را که معمولا مسیر نور را مسدود می‌کنند، پاک می‌نماید (K. Chung et al., Nature). دیگر گروه‌ها در گذشته تلاش کرده‌اند تا مغزها را شفاف کنند اما بسیاری از روش‌های استخراج چربی، پروتئین‌ها را حل و بنابراین تشخیص انواع عصب‌ها را دشوار می‌کنند. گروه دیزروث این مسئله را بدین شکل مرتفع ساخت: ابتدا اکریل-آمید را به مغز تزریق کرد که پروتئین‌ها، اسید نوکلئیک و دیگر زیست‌مولکول‌ها را به یکدیگر پیوند می‌دهد. وقتی اکریل‌آمید گرم می‌شود، پلیمری شده و یک بافت می‌سازد که از مولکول‌ها حفاظت می‌کند. این ترکیب مغز-هیدروژل بعد از استخراج چربی در مقایسه با ۴۱٪ روش‌های جاری، تنها ۸٪ فقدان پروتئین را نشان داد.

با اعمال CLARITY به مغزهای کامل موش، پژوهشگران عصب‌های فلورسنتی را از نواحی لایه‌های خارجی کورتکس تا ساختارهای عمیقی همچون تالاموس مشاهده کردند. همچنین رشته‌های عصبی منفرد را در ورقه‌هایی با ضخامت ۰.۵ میلی‌متر از مغز انسان که در فرمالین نگهداری شده، مشاهده نمودند که مرتبه بزرگی ضخامت آن‌ها چندین مرتبه بزرگتر از قطعاتی است که تاکنون تصویربرداری شده‌اند.

وان ودین (Van Wedeen)  عصب‌شناسی از بیمارستان عمومی ماساچوست و محقق اصلی در طرح کانکتوم انسانی (Human Connectome Project) در موسسات ملی سلامت در ایالات متحده، که هدف آن نقشه‌برداری از شبکه‌های ارتباطی مغز است، می‌گوید: «این کار بسیار جذاب است. نتایج شبیه هیچ‌چیز دیگری در این حوزه نیستند.» او می گوید این روش جدید می‌تواند جزییات سلولی مهمی را آشکار نماید که داده‌های مربوط به مسیر‌های عصبی بزرگ‌مقیاس را تکمیل می‌کند، داده‌هایی که وی و همکارانش در حال نقشه‌برداری از ۱۲۰۰ متقاضی سالم با استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) هستند.

فرانسیس بنیز (Francine Benes) نیز از موسسه منابع بافت مغزی هاروارد در بیمارستان مک‌لین می‌گوید که: آزمون‌های بیشتری نیاز است تا مشخص شود آیا روش پاکسازی چربی، ساختار بنیادی بافت مغز را تغییر می‌دهد یا تخریب می‌کند. اما او و دیگران پیش‌بینی می‌کنند که CLARITY راه‌ها را برای مطالعاتی درباره سیم‌کشی مغز سالم و ناهنجاری‌ها و پیری مغز هموار می‌کند.

برای مثال پژوهشگران توانستند مدارهای بافتی اندوخته‌شده از افرادی با بیماری‌های عصب‌شناختی را با افراد سالم مقایسه کنند. چنین مطالعاتی در افراد زنده ناممکن است، زیرا اکثر روش‌های ردگیری عصبی نیاز به مهندسی ژنتیک یا تزریق رنگ در جانداران زنده دارند. همچنین شاید دانشمندان به بسیاری از گونه‌های ذخیره‌شده نگاهی دوباره بیندازند زیرا مطالعه مغزهای بسیار بزرگ انسان دشوار بوده است.

ترکیب هیدروژل-بافت شکل‌گرفته توسط CLARITY (که سخت‌تر و از لحاظ شیمیایی پایدارتر از بافت درمان‌نشده است) می‌تواند گونه‌هایی با بیماری پیچیده یا نادر را به منابع قابل استفاده مجدد بدل نماید. در عمل می‌توان کتابحانه‌ای از مغزها ساخت که پژوهشگران مختلف آن‌ها را به امانت بگیرند، مطالعه کنند و بازگردانند.

منبع: See-through brains clarify connections

مرجع: Structural and molecular interrogation of intact biological systems