بازگشت بینایی بیماران چشمی دیگر یک موضوع غیرقابل دسترس در علم پزشکی نیست. به تازگی تحولی بزرگ در علم پزشکی با استفاده از فناوری نانو رخ داده است و محققین پزشکی اعلام کردند که برای اولین بار می توان بینایی از دست رفته بعضی از بیماران چشمی را احیا نمود. نانو ذرات طلا بواسطه برخورداری از خواص پلاسمونی نقش مهمی در دستیابی به این دستاورد پزشکی بازی دارند. در این مقاله به بررسی اهمیت نانو ذرات طلا و نقش آنها در امکانپذیر شدن بازگشت بینایی می پردازیم با ما همراه باشید.
اختلالات شبکیه چشم و کاهش یا از بین رفتن بینایی
التهاب رنگدانه ای چشم (رتینیت پیگمنتوزا – Retinitis Pigmentosa) و تباهی لکه زرد (دژنراسیون ماکولا – Macular Degeneration) دو نوع از اختلالات شبکیه چشم هستند که بینایی افراد را کاهش داده یا بخش زیادی از آن را از بین می برند. دژنراسیون ماکولا (تباهی لکه زرد) بیماری ای رایج در افراد بوده که با افزایش سن اتفاق می افتد اما التهاب رنگدانه ای چشم موردی نادر است که بصورت ژنتیکی در افراد وجود دارد و از کودکی علائم آن آغاز می شوند. هر دو بیماری ذکر شده ناشی از اختلالات شبکیه چشم می باشند.
شبکیه چشم لایه ای حساس به نور می باشد که سطح بافت قسمت پشتی چشم را پوشانده است. این لایه حساس به نور دارای سلول های گیرنده نور (Photoreceptor Cells) به شکل مخروطی و میله ای است که وظیفه دریافت نور و تبدیل آن به سیگنال های عصبی را به عهده دارند. زمانیکه نور توسط شبکیه دریافت می شود سیگنال های عصبی ایجاد شده توسط سلول های گیرنده نور به سلول های دوقطبی (Bipolar) و گانگلیون (Ganglion) منتقل و سپس جهت تشخیص بینایی به مغز ارسال می شوند. شبکیه بیماری التهاب رنگدانه ای سلول های گیرنده نور شبکیه چشم را هدف قرار داده و منجر به از کار افتادگی تدریجی این سلول ها و اختلال در عملکرد آها می شود. زمانیکه عملکرد سلول های گیرنده نور شبکیه تضعیف می شود بینایی در نور کم، دید جانبی و در نهایت دید مرکزی چشم مختل شده و بینایی کاهش می یابد.
در شبکیه چشم ناحیه ای بیضی شکل وجود دارد که به آن ماکولا (Macula) یا لکه زرد گفته می شود. دید مرکزی، رزولوشن و دید رنگی چشم همگی توسط ماکولا امکانپذیر می شوند. بیماری تباهی لکه زرد ماکولا را تحت تاثیر قرار داده و به تدریج منجر به تخریب آن می گردد. تخریب تدریجی ماکولا عملکرد سلول های گیرنده نور شبکیه را تضعیف کرده، دید مرکزی چشم و نهایتا بینایی فرد را کاهش می دهد. برای درک بیشتر، در تصاویر زیر شماتیکی از ساختار چشم، شبکیه، ماکولا و سلول های گیرنده نور نمایش داده شده است.
(شماتیک ساختار ساختار چشم، شبکیه، ماکولا و سلول های گیرنده نور)
نانو ذرات طلا و خواص پلاسمونی
فلزات پلاسمونی (Plasmonic Metals) و خواص نوری منحصر بفرد آنها اخیرا پیشرفت های شگرفی در عرصه پزشکی بوجود آورده اند. بطور کلی، در سطح اتم های تشکیل دهنده فلزات الکترون های آزاد (Free Electrons) وجود دارند که می توانند حرکت آزادانه داشته باشند. زمانیکه امواج نور با الکترون های آزاد قرار گرفته در سطح اتم های فلز برخورد می کند باعث ایجاد نوسان در این الکترون ها شده که نوسانات ایجاد شده تحت عنوان پلاسمون (Plasmon) یا پلاسمون های سطحی (Surface Plasmons) شناخته می شوند. واضح است که نوسانات الکترون (جنبش الکترون) باعث ایجاد میدان الکتریکی می گردد. به عبارت دیگر، وقتی اتم های سطی فلزات نور را جذب کرده و تشکیل پلاسمون های سطحی می دهند یعنی نور توسط فلز به انرژی الکتریکی قوی و متمرکز تبدیل شده است. با توجه به تعاریفی که انجام شد، مشخص است که هرچه فلزات الکترون های آزاد بیشتری داشته باشند قابلیت شکل گیری پلاسمون های سطحی در آنها نیز بیشتر بوده و عملکرد آنها در تبدیل نور به انرژی الکتریکی قوی تر است. در میان عناصر فلزی مختلف سه فلز طلا، نقره و مس قوی ترین فلزات پلاسمونی شناخته شده می باشند که می توان از قابلیت ویژه آنها در جذب و متمرکز کردن نور و نهایتا تبدیل آن به انرژی الکتریکی استفاده نمود. لازم به ذکر است که قابلیت تشکیل پلاسمون های سطحی یکی از خواص نوری منحصر بفرد فلزات می باشد. در مقاله ای که قبلا منتشر کرده ایم در مورد فلزات پلاسمونی و خواص نوری آنها مفصلا صحبت شده است.
سوپر کریستال ها؛ دسته ای جدید از نانو مواد با خواص نوری به شدت تقویت شده
همانطور که گفته شد هرچه تعداد اتم های سطحی فلز پلاسمونی بیشتر باشد رفتار نوری آن نیز قوی تر است. بنابراین نانو ذرات طلا به علت نسبت سطح به حجم بالایی که دارند از تعداد اتمهای سطحی بالاتری نیز نسبت به حالت بالک این فلز نیز برخوردار هستند. از این رو، نانو ذرات طلا دارای خواص پلاسمونی و نوری به مراتب قوی بوده و قابلیت بالایی در تبدیل نور به انرژی الکتریکی دارند. حال، پژوهشگران با تکیه بر خواص نوری نانو ذرات طلا توانسته اند اختلالات شبکیه چشم را برطرف کرده و بینایی از دست رفته را احیا کنند.
بازگشت بینایی به کمک نانو ذرات طلا
پژوهشگران دانشگاه براون طی تحقیقی که به تازگی و در سال جاری انجام شد موفق شدند با تزریق نانو میله های (Nanorod) طلا به درون شبکیه چشم موش بینایی از دست رفته را احیا کنند. این پژوهش با تکیه بر خواص پلاسمونی و نوری نانو میله های طلا انجام گردید و مشخص شد که وقتی نانو ذرات طلا پس از تزریق مستقیم به چشم تحت تابش امواج NIR (Near Infrared Region) قرار می گیرند از طریق خواص پلاسمونی از خود حرارت آزاد می کنند. حرارت ازاد شده از نانو ذرات طلا سلول های گانگلیون و دوقطبی را فعال می کند فعالیتی که قبلا توسط سیگنال های عصبی سلول های گیرنده نور ایجاد می شد. بدین ترتیب فعال شدن مجدد سلول های دوقطبی و گانگلیون نشان دهنده فعالیت دوباره فرآیند ارسال سیگنال به مغز و شروع مجدد تشخیص بینایی است.
نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دادند که استفاده از نانو ذرات طلا، امواج NIR و حرارت آزاد شده از نانو ذرات اثرات نامطلوب نداشته است. بازیابی بینایی موش توسط نانو ذرات طلا نشان می دهد که تکنیک استفاده شده در این تحقیق روزنه ای جدید برای درمان بیماری های چشمی انسان و بازگشت بینایی بیماران است. این دستاورد بزرگ مشخص می کند که با استفاده از فناوری نانو و خواص ویژه نانو ذرات می توان معضلات علم پزشکی را برطرف نمود.
منابع
