منصة الرسائل والاطاريح: تنفيذ شريحة البلازومينيك الكهربائية للكشف عن مرض الزهايمر

الخلاصة

يحتوي دماغ الإنسان على بلايين من الخلايا العصبية التي تتحكم في الجهاز العصبي المركزي. العديد من التقنيات تم استخدامها لتسجيل أنشطة الخلايا العصبية وتصويرها مثل تقنية تخطيط الدماغ (EEG) ، تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي(MEG, MRI, fMRI) ،والتقنيات الضوئية ... إلخ. يعد تسجيل النشاط العصبي مع دقة مكانية وزمانية عالية في مجال أنسجة الدماغ هو التحدي الأكثر صعوبة لجميع تلك الأساليب. لذلك ، تطلبت هذه التحديات تقنيات جديدة لتسجيل انشطة الخلاليا العصبية في مجال البصريات والإلكترونيات وغيرها من التقنيات لزيادة الدقة الزمانية والمكانية. إحدى التقنيات الحديثة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية ذات الدقة المكانية والزمانية العالية هي تقنية البلازمونيك. تستخدم هذه التقنية استشعار رنين البلازمون السطحي (SPR) لاكتشاف نشاط الخلايا العصبية. يُطلق على استخدام تقنية البلازمونك مع استشعار الخلايا العصبية تقنية النيوروبلازمونك (Neuroplasmonics). تجمع هذه التقنية بين الاستشعار البيولوجي وتقنيات النانو علاوة على ذلك ، فإنها توفرعدة مزايا مثل الكشف الغير مقيد او ما يعرف بـ(label free) , التحليل الآني, التوافق الحيوي مع الخلايا, صغر حجم الشريحة, الامكانية العالية على كشف النشاط العصبي مع جودة الاشارة المستلمة. في هذه الأطروحة، تم تصنيع رقاقة كهروبلازمونية احاية الأبعاد (1D) تتكون من طبقة عازلة من مادة البولي كاربونات. هذه الطبقة تم طلائها بطبقة نانوية من الذهب (35 نانومتر). تم توصيل الشريحة بسلكين عن طريق اطراف الشريحة لتسليط جهد خارجي. تضمنت الخطوة الأولى تقييم كفاءة هذه الشريحة في مختبر البلازمونك للعمل كمتحسس بلازموني ومن ثم قياس تراكيز مختلفة للناقل العصبي الدوبامين. اما الخطوة الثانية فكانت بزراعة الشريحة الكهروبلازمونية بخلايا عصبية مستخرجة من دماغ الفئران وتحفيزها بواسطة الدوبامين. كانت الغاية من هذه الخطوة هي لتقييم قدرة الشريحة الكهروبلازمونية للكشف عن نشاط الخلايا العصبية المستزرعة. أخيرًا ، تمت زراعة الشريحة الكهروبلازمونية بخلايا النواة اللبية البشرية (HNPC) ومن ثم حقنها بالستربتوزوتوسين (STZ). كانت هذه الخطوة لتقييم قدرة الشريحة المقترحة على استشعار تثبيط الخلايا العصبية المستزرعة. أظهرت النتائج ظاهرة فيزيائية لطيفة تُعرف بالتحريض البلازموني للشفافية (PIT). تنتج هذه الظاهرة الفيزيائية مع ظاهرة الرنين البلازمون السطحي (SPR) وهي مناسبة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية. عند تسليط جهد تيار مستمر خارجي لوحظ ازدياد سعة شدة الضوء ، مما يشير الى امكانية زيادة مقدار الشفافية وبالتالي زيادة حساسية الشريحة المقترحة. كما أظهرت الرقاقة المقترحة نتائج ممتازة لاستشعار التراكيز المختلفة من الدوبامين (300 و 700 جزء في المليون). لوحظ اختلاف واضح للغاية في قراءة جهاز المطياف الضوئي وخاصة ضمن الطول الموجي من 580 نانومتر إلى 600 نانومتر. الخطوة التالية تضمنت زراعة اثني عشر عينة بخلايا عصبية (الفئران) ثم تم تحفيزها بتراكز مختلفة من الدوبامين. أظهرت النتائج القدرة العالية للرقاقة المقترحة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية بتركيز عالٍ (700 جزء في المليون) وتركيز منخفض حوالي 0.5 جزء في المليون. أيضًا ، قد تشير الحساسية العالية مع التركيز المنخفض من 2 إلى 10 دقائق إلى احتمال وجود ظاهرة (EOT). أما الخطوة الأخيرة ، فتمت زراعة مجموعة عينات من الشريحة المصنعة (8 عينات) بخلايا بشرية تعرف ب (HNPC) وحقنها بمادة الستربتوزوتوسين (STZ) في ثلاثة تراكيز مختلفة (0.5 ، 1 ، 2 ملي مول). كان الهدف من ذلك هو إحداث مرض الزهايمر وقياس مقدار تثبيط الخلية. أظهرت النتائج أن نشاط الخلية انخفض (تثبيط) مع زيادة جرعة STZ. واشارت هذه إلى الحساسية العالية للرقاقة الكهروبلازمونية لامكانية استشعار نشاط الخلايا العصبية المثبطة بعد اصابتها بمرض الزهايمر.