معرفی روش جدید پایش دارو آلزایمر برای ارزیابی درمان های جدید

دانشمندان با استفاده از ترکیب اسکن مغزی غیرتهاجمی و مدل سازی کامپیوتری، روش جدید پایش دارو آلزایمر را ابداع کرده اند که می تواند نحوه تعامل داروها با مغز را به دقت اندازه گیری کرده و به روند توسعه درمان ها سرعت ببخشد.

یه مطالعه جدید که در مجله Molecular Psychiatry منتشر شده، نشون می ده که ترکیب اسکن غیرتهاجمی مغز و مدل سازی کامپیوتری می تونه با موفقیت نحوه تعامل داروی زوال عقل با گیرنده های خاص مغز رو در بیماران زنده اندازه گیری کنه. این تحقیق نشون می ده که روش جدید پایش دارو آلزایمر می تونه جایگزین عمل های تهاجمی بشه تا تایید کنه درمان های جدید چقدر در مغز خوب عمل می کنن. این یافته ها یه راه عملی برای سرعت بخشیدن به آزمایش و توسعه درمان های نوین برای بیماری آلزایمر، از جمله واکسن آنفلوآنزا ارائه می ده.

«برای پیشرفت در درمان های جدید بیماری آلزایمر، ما به آزمایش هایی (ابزارها، سنجش هایی) نیاز داریم که بتونن تغییرات مغز زنده انسان رو با همون سطح از جزئیات و بینشی که در مدل های حیوانی وجود داره، “ببینن”». این رو جیمز رو، استاد عصب شناسی شناختی در دانشگاه کمبریج، توضیح داد و بر اهمیت توسعه روش جدید پایش دارو آلزایمر تاکید کرد.

به طور سنتی، محققان پزشکی برای درک اینکه داروها چطور روی سلول های مغز اثر می ذارن، به مدل های حیوانی یا بافت های پس از مرگ تکیه کردن. آزمایش های مستقیم روی مغز زنده انسان اغلب به خاطر سد خونی-مغزی محافظ و محصور بودن محکم جمجمه، غیرممکن هستن.

این واقعیت آناتومیک وقتی می خوایم ثابت کنیم یه داروی آزمایشی جدید واقعا به هدف مورد نظرش می رسه، مانع بزرگی ایجاد می کنه. دانشمندان این مطالعه رو انجام دادن تا ببینن آیا می تونن مکانیسم دقیق عمل یک دارو رو از بیرون بدن، بدون نیاز به آزمایش خون، بیوپسی یا تزریق اندازه گیری کنن. اونا روی یه داروی معروف آلزایمر به نام ممانتین تمرکز کردن تا ببینن آیا روش جدید پایش دارو آلزایمر می تونه نحوه عملکرد این دارو رو به دقت تشخیص بده یا نه.

ممانتین معمولا برای درمان آلزایمر متوسط تا شدید تجویز می شه. دانشمندان توجه خودشون رو روی گیرنده های N-methyl-D-aspartate متمرکز کردن، که ایستگاه های اتصال خاصی روی سلول های مغزی هستن و به مدیریت حافظه و یادگیری کمک می کنن. در یک مغز سالم، این گیرنده ها توسط منیزیم تنظیم می شن که مثل یه مسدودکننده بیولوژیکی عمل می کنه تا از ورود بیش از حد کلسیم و آسیب به سلول ها جلوگیری کنه.

در بیماری آلزایمر، این مکانیسم مسدودکننده طبیعی معمولا دچار اختلال می شه. این نقص باعث ورود بیش از حد کلسیم می شه که عملکرد مغز رو مختل می کنه و به زوال شناختی پیشرونده کمک می کنه. داروی ممانتین با بازگرداندن این انسداد و محافظت از سلول ها در برابر ورود بیش از حد کلسیم، به بهبود وضعیت کمک می کنه.

روش جدید پایش دارو آلزایمر؛ ترکیب MEG و مدل سازی کامپیوتری

برای مشاهده این عملکردهای میکروسکوپی، دانشمندان از تکنیکی به نام مگنتوانسفالوگرافی استفاده کردن. این یک روش تصویربرداری عصبی بسیار حساسه که فعالیت مغز رو با ثبت میدان های مغناطیسی کوچک تولید شده توسط جریان های الکتریکی طبیعی در مغز نقشه برداری می کنه. این روش جدید پایش دارو آلزایمر، اسکن غیرتهاجمی را با مدل های کامپیوتری پیشرفته ترکیب می کند که رفتار الکتریکی پیچیده شبکه های سلول های مغزی را به صورت ریاضی شبیه سازی می کند.

رو گفت: «ما پیشنهاد دادیم که ترکیب مگنتوانسفالوگرافی با مدل های محاسباتی دقیق از مغز هر بیمار می تونه به این هدف برسه. از اونجایی که اطلاعات زیادی درباره داروی ممانتین و فواید بالینی اون در آلزایمر وجود داره، ما از اون به عنوان مورد آزمایشی برای روش جدید پایش دارو آلزایمر جهت مطالعه افراد مبتلا به زوال عقل استفاده کردیم».

آزمایش های بالینی روش جدید پایش دارو آلزایمر

دانشمندان برای آزمایش روش جدید پایش دارو آلزایمر دو آزمایش جداگانه انجام دادن. در اولین آزمایش، اونا 19 بزرگسال سالم از نظر عصبی رو انتخاب کردن. شرکت کننده ها دو جلسه اسکن مغزی رو با فاصله دو هفته از هم انجام دادن که در یک جلسه دوز 10 میلی گرمی ممانتین و در جلسه دیگه یک قرص دارونما دریافت کردن.

در طول اسکن ها، شرکت کننده ها به مجموعه ای از تن های صوتی تکراری که گاهی زیر و بمی شون تغییر می کرد، گوش دادن. این تن ها در فواصل نیم ثانیه ای در چندین بلوک پنج دقیقه ای پخش شدن تا یک ریتم قابل پیش بینی ایجاد کنن. این روش شنیداری تکراری، یک واکنش خاص مغزی به نام «منفی بودن ناهمخوان» رو تحریک می کنه.

منفی بودن ناهمخوان یک پاسخ عصبی خودکار به یک صدای غیرمنتظره است که الگوی ایجاد شده رو مختل می کنه. این پاسخ برای عملکرد صحیح و پردازش اطلاعات شنیداری جدید به شدت به گیرنده های سالم N-methyl-D-aspartate وابسته است. دانشمندان متوجه شدن که ممانتین با موفقیت انسداد گیرنده های N-methyl-D-aspartate رو افزایش داده، دقیقا همون طوری که دارو برای اون طراحی شده.

مدل های کامپیوتری پیشرفته، این تغییر میکروسکوپی رو صرفا با تجزیه و تحلیل میدان های مغناطیسی ایجاد شده در طول تکلیف شنیداری، به دقت تشخیص دادن. این مدرک محکمی بود که نشون می داد مدل های ریاضی می تونن اثرات دارو رو در داخل مغز زنده انسان به دقت ردیابی کنن. ترکیب اسکن مغزی ایمن و مدل سازی کامپیوتری اختصاصی به محققان این امکان رو داد تا مکانیسم دارو رو بدون روش های تهاجمی تایید کنن.

در آزمایش دوم، دانشمندان 42 بیمار مبتلا به اختلال شناختی خفیف یا بیماری آلزایمر رو تحت نظر گرفتن. آزمایش همه این بیماران برای پروتئین های آمیلوئید، که یک نشونه بیولوژیکی بارز این بیماریه، مثبت بود. محققان فعالیت مغزی بیماران رو با استفاده از همون تکلیف شنیداری در ابتدای مطالعه اندازه گیری کردن.

محققان حدود 16 ماه بعد برای 30 نفر از این افراد یک اسکن پیگیری انجام دادن تا ببینن مغزشون چه تغییری کرده. دانشمندان مشاهده کردن که پاسخ خودکار مغز به صداهای غیرمنتظره در بیماران مبتلا به آلزایمر در مقایسه با بزرگسالان سالم به میزان قابل توجهی ضعیف تر بود. این پاسخ الکتریکی با پیشرفت طبیعی بیماری در طول اون دوره 16 ماهه، حتی ضعیف تر هم شد.

پاسخ عصبی در بیمارانی که در آزمون کوتاه وضعیت ذهنی (MMSE) نمره کمتری گرفته بودن هم ضعیف تر بود؛ این آزمون یک پرسشنامه استاندارده که برای اندازه گیری اختلال شناختی استفاده می شه. نمره های پایین تر در این تست استاندارد، نشون دهنده علائم شدیدتر زوال عقل هستن. دانشمندان با استفاده از مدل های کامپیوتری خودشون متوجه شدن که انسداد طبیعی گیرنده های N-methyl-D-aspartate در بیماران مبتلا به آلزایمر به طور محسوسی کاهش یافته.

این کاهش در مسدود شدن گیرنده ها با کاهش نمرات شناختی بیماران بدتر شد. همچنین در فاصله بین جلسات اول و دوم اسکن هم این وضعیت بدتر شده بود. این یافته ها تایید می کنه که بیماری آلزایمر و داروی ممانتین اثرات متضادی روی مغز دارن.

رو به سای پست گفت: «ترکیب اسکن ایمن و غیرتهاجمی MEG با مدل های بیوفیزیکی مغز هر بیمار، تونست مکانیسم صحیح عمل دارو رو نشون بده. این راه رو برای بررسی پتانسیل داروهای جدید باز می کنه. اهمیت مطالعه ما این بود که بتونیم نحوه عملکرد اون رو فقط از طریق اسکن مغز از “بیرون”، در افراد زنده و به صورت غیرتهاجمی، بدون خون گیری، بدون بیوپسی و بدون تزریق تشخیص بدیم».

دانشمندان تاکید می کنن که زوال عقل بیماری ای هست که می شه اون رو درمان کرد، درست مثل سرطان یا دیابت. تحقیقات جاری در نهایت منجر به درمان های جدید و بهتر می شه و ابزارهایی مثل این اسکن های مغزی به شناسایی سریع تر اون درمان ها کمک می کنن.

اما این مطالعه محدودیت هایی هم داره که باید بهشون توجه کرد. مدل های کامپیوتری فقط روی دو منطقه خاص از مغز تمرکز کردن تا محاسبات ریاضی قابل مدیریت باقی بمونه، با اینکه پاسخ مغز به صدا شبکه بسیار بزرگ تری رو در بر می گیره. گنجوندن کل شبکه باعث می شد شبیه سازی های کامپیوتری برای اجرای کارآمد، بیش از حد پیچیده بشن.

برای تحقیقات آینده، دانشمندان قصد دارن اثرات درمان های دارویی آزمایشی جدیدتر رو با استفاده از همین روش آزمایش کنن. اونا امیدوارن که تکنیک اسکن شون بتونه به سرعت نشون بده که آیا یک داروی جدید با موفقیت با هدف مورد نظرش در مغز تعامل داره یا نه.

رو گفت: «روش ما می تونه برای این استفاده بشه که بفهمیم آیا یک داروی جدید ارزش سرمایه گذاری زمان و منابع بیشتر رو داره، یا اینکه می شه اون رو کنار گذاشت و به محققان اجازه داد روی گزینه های دیگه تمرکز کنن. این یعنی می تونیم زمان، خطر و هزینه آزمایش داروهای جدید رو کاهش بدیم. این یه تلاش تیمیه که در اون بیماران، پزشکان و محققان همگی با هم همکاری می کنن».

این مطالعه با عنوان «بیماری آلزایمر و اثرات ممانتین بر انسداد گیرنده NMDA: بینش های غیرتهاجمی درون تنی از مگنتوانسفالوگرافی» توسط ژولیت اچ. لانسکی، امیرحسین جعفریان، لورا ای. هیوز، ملک کاراداگ، اجه کواجونجو، متیو ای. روز، ناتالی ای. آدامز، میشل ناسنس، ونسا ریمونت، مارک وولریچ، کریش دی. سینگ، ریچارد ان. هنسون و جیمز بی. رو تالیف شده است.

توسعه این تکنولوژی ابزاری قدرتمند برای درک دقیق تر مکانیسم های مغزی فراهم می کند. این رویکرد به جای تکیه بر روش های پرریسک، دریچه ای ایمن به سوی آزمایش داروهای پیچیده می گشاید و امیدواری ها را برای دسترسی سریع تر بیماران به راهکارهای درمانی موثر افزایش می دهد. همکاری نزدیک میان دانش محاسباتی و پزشکی بالینی می تواند آینده ای روشن تر برای مقابله با چالش های عصبی رقم بزند.

New brain scanning method safely tracks how Alzheimer’s drugs work in living patients