تهران- ایرنا- پژوهشگر ایرانی حوزه زیست فناوری ساكن آمریكا همراه با چند محقق دیگر مطالعه ای انجام داده كه درك درست تر و دقیق تری از ساختمان گوش داخلی ارائه می دهد و منجر به یافتن ژنی شده است كه حذف آن موجب تغییرات در خواص مكانیكی سطح غشا و كم شنوایی یا ناشنوایی می شود.

به گزارش خبرنگار گروه علم و آموزش ایرنا، اخیرا مقاله ای در نشریه فرهنگستان ملی علوم آمریكا (Proceedings of National Academy of Sciences) به نام Unbalanced Bidirectional Radial Stiffness Gradients within the Organ of Corti Promoted by TRIOBP (سفتی شیب دار نامتوازن دوسویه شعاعی روی غشای سطح اندام كورتی ناشی از ژن تریو بی پی) منتشر شد كه نام یك محقق ایرانی به عنوان نویسنده اول آن به چشم می خورد.

دكتر حسام باباحسینی یكی از پژوهشگران این مطالعه، دانش آموخته رشته مهندسی مكانیك مقطع دكتری در دانشگاه ویرجینیا تك آمریكا است كه مدرك دكتری خود را در سال 2015 از این دانشگاه دریافت كرده است. وی از سال 2016 تا 2020 پژوهشگر پسادكتری در موسسه ملی سلامت آمریكا (NIH) بوده و تحقیقات خود را در حوزه های مختلف زیست فناوری ادامه داده است.

سازمان سلامت آمریكا واقع در حومه شهر واشنگتن دی سی علاوه بر تامین مالی پروژه های محققان دانشگاه های سراسر آمریكا، آزمایشگاه های ملی در پردیس اصلی این مركز را نیز از جهت مالی حمایت می كند و تحقیقات تخصصی در زمینه سلامت در زیرمجموعه های این سازمان انجام می شود.

باباحسینی پس از سال 2020 فعالیت خود را با همكاری با شركت های دانش بنیان ادامه داده و اكنون در واحد تحقیق و توسعه یك شركت فعال در زمینه زیست فناوری در منطقه سیلیكون ولی ایالت كالیفرنیا مشغول پژوهش و توسعه است.

حوزه تحقیقاتی وی در دوره دكتری و پسادكتری نانو و میكرو (میكرو یك میلیونم و نانو یك میلیاردم متر است) زیست فناوری و استفاده از انواع تجهیزات مهندسی در مقیاس نانو و میكرو در زمینه پزشكی، زیست شناسی و شناخت و تشخیص بیماری هاست.

مطالعه ای كه در شماره ژوئن 2022 (تیر/ 1401) نشریه فرهنگستان ملی علوم آمریكا چاپ شده با كمك نوعی میكروسكوپ به نام میكروسكوپ نیروی اتمی به عنوان ابزار مهندسی دقیق، ضمن ارائه درك درست تر و دقیق تری از ساختمان گوش داخلی و علل زیستی این ساختمان، منجر به كشف ژنی به نام «تریو بی پی» شد كه حذف آن موجب تغییرات در خواص مكانیكی سطح غشای و در نهایت باعث كم شنوایی یا ناشنوایی می شود.

ساختار گوش

وی در گفت وگو با خبرنگار گروه علم و آموزش ایرنا در مورد این مطالعه ابتدا به ساختار گوش انسان اشاره كرد و در توضیح آن گفت: گوش انسان از سه بخش خارجی (لاله گوش)، میانی و داخلی تشكیل شده است. گوش خارجی و میانی با پرده گوش از هم جدا می شوند. وظیفه گوش میانی رساندن امواج صوتی از محیط هوا به محیط جامد؛ یعنی استخوان های ریز گوش میانی است. سپس امواج به محیط مایع؛ یعنی گوش داخلی منتقل می شوند. گوش داخلی شامل یك استخوان به نام حلزونی گوش است كه دو و نیم دور به دور محور خود می چرخد.

باباحسینی ادامه داد: درون بخش حلزونی گوش یك غشای نازك مارپیچ به نام اندام كورتی قرار دارد. روش ادراك امواج صوتی توسط گوش به ساختار سلول های این غشای نازك در حلزونی گوش مربوط است. این سلول ها كه سلول های مویی نامیده می شوند، گیرنده های حسی اند كه با تبدیل ارتعاشات فیزیكی حاصل از امواج صوتی به پیام های الكتریكی، امكان ارسال امواج به اعصاب شنوایی و مغز را میسر می كنند.

در واقع ارتعاشات فیزیكی باعث خم شدن موهای بسیار ظریف روی سطح این سلول ها و باز شدن كانال های یونی موجود در سطح این سلول ها و عبور یون های با بار الكتریكی مثبت به داخل این سلول ها می شوند. این یون ها باعث آزاد شدن تركیبات شیمیایی می شود كه امكان تولید و ارسال پیام های الكتریكی به مغز را می دهد. امواج با فركانس های بین 20 تا 30 هزار هرتز برای گوش ما قابل درك است. امواج با فركانس های بالاتر در پایه حلزونی و با فركانس كمتر در انتهای دو ونیم دور یا نوك حلزونی، قابل احساس اند.

نمایی شماتیك از غشای درون حلزونی گوش و سلول های مویی روی سطح آن تحت واكاوی توسط میكروسكوپ نیروی اتمی

نقش ابزارهای مهندسی در شناخت بیشتر سازوكار سیستم شنوایی و گوش

وی خاطرنشان كرد: امروز به كمك ابزارهای دقیق مهندسی مشخص شده، قد سلول های مویی در ردیف های اول نزدیك به پایه حلزون كوتاه ترین و قد ردیف های اخر نزدیك به نوك حلزون بلندترین است. همینطور سفتی یا مقاومت مكانیكی سلول های مویی در پایه حلزون بیشترین و هر چه به سمت نوك حلزون می رویم، سفتی در برابر ارتعاشات مكانیكی كم می شود تا در نهایت به كم ترین مقدار در نوك حلزون برسد.

این تغییرات در خواص فیزیكی و ظاهری سلول های روی غشای نازك حلزونی باعث تفاوت در تشخیص امواج با فركانس های مختلف در طول حلزونی می شود. در مطالعه یادشده از یك میكروسكوپ نیروی اتمی مدرن در مود غیرتماسی استفاده شد كه به صورت غیرمخرب روی سطح غشا واكاوی می كند و به كمك آن، نقشه های خواص مكانیكی در مقیاس نانومتر از سطح غشا از نمونه های موش های آزمایشگاهی به دست آمد.

باباحسینی گفت: محققان پی بردند علاوه بر شیبی كه در سفتی سلول های مویی در طول حلزونی وجود دارد در راستای عرضی حلزونی هم شیب در سفتی این سلول ها وجود دارد. همچنین سلول های حمایتی كه در مجاورت سلول های مویی روی غشای حلزونی قرار دارند، دارای شیب و خواص مكانیكی در راستای شعاعی هستند؛ اما این شیب در جهت كاملا معكوس شیب سفتی در سلول های مویی است.

همه شواهد نشان دهنده ساختمان مكانیكی بسیار پیچیده و شگفت انگیز در حلزونی گوش است كه به ما امكان دریافت، تقویت، تبدیل امواج و ارسال آنها به مغز را می دهد.

ساختار گوش

ژن موثر و مرتبط به ساختار پیچیده غشای حلزونی

این محقق ایرانی حوزه زیست فناوری ادامه داد: در بخش دیگری از این پژوهش، به مطالعه یافتن ژن موثر و مرتبط با این ساختار پیچیده غشای حلزونی پرداختیم. این مطالعه به وسیله حذف یك ژن خاص (Gene knockout) به نام ژن ترایو بی. پی (TRIOBP) در نسل بعدی موش های آزمایشگاهی نمونه انجام شد. ابتدا به كمك میكروسكوپ فلورسانس نسخه های مختلف پیام رسان ام آر. ان. ای (mRNA) این ژن تصویربرداری شد، سپس برای تایید كارایی حذف ژن از روش پی سی آر قطره ای دیجیتال (Digital Droplet PCR) استفاده و كمیت ژن در نمونه عادی و پس از حذف ژن مقایسه شد تا كارایی حذف ژن در نسل جدید تایید شود.

وی افزود: نتایج نشان داد شیب های سطح و خواص مكانیكی روی سطح پس از حذف ژن ترایو بی. پی تغییر می كنند. جالب تر اینكه؛ حذف این ژن و تغییرات در خواص مكانیكی سطح غشا باعث كم شنوایی یا ناشنوایی موش ها نیز می شود. این ژن خاص باعث تولید پروتئین های چسبنده به رشته های اكتین می شود و در كنترل و نظم این رشته ها موثر است.

باباحسینی تاكید كرد: رشته های اكتین به شكل دهی و استحكام سلول ها شناخته می شود، تصویرهای میكروسكوپ الكترونی عبوری (Transmission Electron Microscope) از سطح غشای نازك حلزونی نشان می داد، پس از حذف این ژن، رشته های اكتین دچار درهم ریختن، بی نظم شدن و كاهش تراكم در سطح غشای حلزونی می شوند.

حسام باباحسینی

نقش ابزارهای مهندسی در شناسایی و درمان بیماری ها

به گفته وی این تحقیق علاوه بر اینكه باعث درك درست تر و دقیق تر از ساختمان گوش داخلی و علل زیستی این ساختمان پیچیده شده؛ می تواند در شناسایی و درمان بیماری های مرتبط در سیستم شنوایی مفید باشد. این مطالعه نشان داد چگونه خواص مكانیكی سطح غشا با میزان شنوایی مرتبط است و تغییرات در این خواص تغییر باعث تغییر در میزان شنوایی در نمونه آزمایشگاهی شد.

وی ادامه داد: بنابراین می توان به روش های درمانی برای مشكل شنوایی رسید كه بتواند برای ترمیم یا احیای خواص مكانیكی غشای حلزونی گوش كه به دلیل كهولت سن از دست رفته یا در دوره جنینی ایجاد نشده به كار گرفته شود و به روشی موثر برای درمان ناشنوایی دست یافت. یكی از این روش ها، ژن درمانی است كه این موضوع تحقیقاتی اكنون در حال مطالعه و ارزیابی است.

باباحسینی در مورد دستاوردهای دانشمندان ایرانی در زمینه زیست فناوری گفت: پیشرفت های قابل توجه ای در ایران در حوزه علوم مهندسی به ویژه نانوفناوری و زیست فناوری حاصل شده است؛ اما نیازمند تلاش برای بكارگیری این تحقیقات و دستاورهای علمی در حوزه های كاربردی و صنعتی برای توسعه و تولید محصول قابل عرضه در بازار هستیم. امروزه شركت های دانش بنیاد عامل اصلی انتقال این تحقیقات و پیشرفت ها از حوزه نظر و محیط آزمایشگاه به حوزه كاربرد و محیط عموم جامعه یا به اصطلاح انگلیسی from benchtop to bedside هستند.

برچسب ها
- فناوری نانو
- پژوهش
- پژوهشگر
- اختصاصی ایرنا
- ایالات متحده آمریكا
- دانشگاه صنعتی شریف
- دانشگاه بین المللی امام خمینی
- زیست فناوری