نحو طباعة الدماغ
"إن الدقة العالية للبلمرة ثنائية الفوتون تجعل من الممكن طباعة التفاصيل في نطاق الميكرو والنانومتر، وبالتالي فهي مناسبة جداً لتصوير الأعصاب القحفية."
جامعة فيينا الطبية
لقد أصبح التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أداة لا غنى عنها لفحص الدماغ البشري الحي في كل من البيئات البحثية والسريرية. ومع ذلك، كان أحد القيود هو صعوبة التحقق بدقة من صحة نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي مقابل المعايير الذهبية المعروفة. والآن، أظهر فريق من العلماء في أوروبا حلاً مبتكراً - باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لتصنيع "أشباح دماغية" محاكاة حيوية يمكن أن تكون بمثابة نماذج حقيقية للتحقق من صحة تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي مثل التصوير بالرنين المغناطيسي المنتشر (dMRI). يُظهر عملهم، الذي نُشر في مجلة Advanced Materials Technologies، إمكانات كبيرة لتطوير التصوير بالرنين المغناطيسي كمسبار غير جراحي لبنية الدماغ واتصاله.
إن التحقق من صحة نتائج التصوير العصبي أمر بالغ الأهمية ولكنه صعب، حيث توجد مخاوف أخلاقية واضحة بشأن إجراء مقارنات "معيارية ذهبية" حقيقية على نفس عينة الأنسجة الدماغية باستخدام طرق متعددة، بعضها يكون جائراً. ولمعالجة هذه المشكلة، يقوم الباحثون بتصميم أجسام اختبار اصطناعية مبسطة تُعرف باسم "الأشباح" تحاكي خصائص الأنسجة. ومع ذلك، لم تتمكن طرق تصنيع الأجسام الوهمية التقليدية من تحقيق مزيج من أحجام الملامح الصغيرة والتحكم المحكم في البنية المجهرية وأبعاد العينة الكبيرة اللازمة للتجارب في ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي البشري.
أدخل الطباعة ثنائية البلمرة ثنائية الفوتون (2PP) ثلاثية الأبعاد. تُعد الطباعة ثنائية البلمرة ثنائية الفوتون أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا في مجال التصنيع الإضافي الدقيق والنانوي، وتحقق دقة عالية للغاية باستخدام نبضات ليزر فائقة السرعة لنحت أجسام صلبة لا يتجاوز عرضها بضعة ميكرومترات، طبقة تلو الأخرى، من الراتنج السائل. ومع ذلك، اقتصر حجم الهياكل المصنعة باستخدام تقنية 2PP التقليدية على بضع مئات من الميكرومترات فقط.
تغلب فريق البحث في جامعة فيينا الطبية وجامعة فيينا التقنية على هذا القيد من خلال استراتيجيات متعددة. أولاً، قاموا بتركيب الرقاقة الضوئية مباشرةً على الهدف البؤري للطابعة ثلاثية الأبعاد وخفضوها تدريجياً، مما سمح ببناء هياكل أطول. ثانياً، قاموا بالطباعة في "مناطق تبليط" متتالية لتجميع كتل البناء التي تمتد على مساحات سينية أكبر. ومن خلال الجمع بين هاتين التقنيتين، تمكنوا من الحصول على أشباح بأبعاد على مقياس المليمتر - كبيرة بما يكفي لإجراء تصوير بالرنين المغناطيسي للإنسان - مع الاحتفاظ بميزات ميكروسكوبية صغيرة تصل إلى 12 ميكرومتر، وهو ما يماثل أقطار المحاور العصبية في المادة البيضاء.
وباستخدام عملية 2PP المحسّنة، قام الفريق بتصنيع فانتومين لإثبات المفهوم. احتوى فانتوم "الساندويتش" على قنوات متوازية في ثلاث طبقات متناوبة الاتجاه، بينما احتوى فانتوم "الرقاقة" على صفوف من القنوات المتناوبة بين اتجاهين متعامدين داخل كل حجم فوكسل. تضمن كلا الفانتومين أكثر من 14,000 قناة فردية لكل منهما لمحاكاة كثافة المادة البيضاء البشرية وتوفير إشارة كافية للتصوير بالرنين المغناطيسي.
أظهر التصوير والتحليل أن فانتوم 2PP كانت متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي وقدمت توقيعات انتشار متباينة الخواص بشكل مناسب. وداخل كل فانتوم، حددت نمذجة الكرة والعصا على مستوى الفوكسل بشكل صحيح توجهات القنوات المحددة مسبقًا. وعند معالجتها بخوارزميات تتبع الألياف، اتفقت النتائج مع الترتيبات المتوازية والمتقاطعة المصممة. أثبتت القياسات صحة القياسات أن المواد أحدثت تشوهات ضئيلة في المجال المغناطيسي.
بالإضافة إلى كونها بمثابة عرض توضيحي لإمكانيات الطباعة 2PP، فإن هذه الأشباح الأولية تفتح الأبواب لتحسين التحقق من صحة الرنين المغناطيسي بالرنين المغناطيسي. يمكن أن يتضمن العمل المستقبلي هندسة الألياف المنحنية أو المتقبلة التي تقارب بشكل أفضل تعقيد المادة البيضاء البشرية. وسيعمل كل فانتوم مخصص بعد ذلك كحقيقة أساسية يمكن قياس نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي على أساسها. لم يكن هذا المستوى من التحكم المحكم في بارامترات البنية المجهرية ممكناً من قبل في أشباح الرنين المغناطيسي.
ووفقًا للباحثين، فإن النتائج التي توصلوا إليها تضع معايير جديدة لبناء سقالات المحاكاة الحيوية ثلاثية الأبعاد. تسمح تعددية استخدامات تصنيع 2PP بتكرار أي هندسة تعسفية لمسار محور عصبي بشكل أساسي بدقة تقترب من دقة الأنسجة العصبية الحقيقية. ومع إجراء المزيد من التحسينات، قد يكون من الممكن تحقيق أشباه دماغ أكبر وأكثر دقة من الناحية التشريحية.
ومن خلال إتاحة نمذجة دقيقة للحقيقة الأساسية للرنين المغناطيسي dMRI، فإن مثل هذه الأشباح لها آثار بعيدة المدى. فهي ستعزز الجهود المبذولة لتحديد الحساسية والخصوصية للكشف عن الحالات المرضية أو الاختلافات القائمة على البنية المجهرية للمادة البيضاء. والأهم من ذلك، يمكنها التحقق من صحة تقنيات التحليل المتخصصة مثل رسم خرائط مسارات المادة البيضاء، وهو أمر صعب اليوم بدون حالات اختبار مضبوطة. وهذا من شأنه أن يعزز الحجج المتعلقة بالتطبيقات السريرية ويدفع بالمزيد من أبحاث علم الأعصاب القابلة للتكرار. في نهاية المطاف، تبشّر أشباح الدماغ الجديدة بتحسينات ملموسة في سبر ترابط الدماغ البشري دون تدخل جراحي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي.
من خلال التطبيق الإبداعي للطباعة ثلاثية الأبعاد المتطورة، يُظهر هذا البحث إنجازاً تقنياً كبيراً ويوفر إطاراً لتلبية احتياجات التحقق الرئيسية في مجال التصوير بالرنين المغناطيسي للانتشار. ومن خلال تصنيع نماذج أنسجة محاكاة حيوية دقيقة مع تحكم غير مسبوق في الخصائص البنيوية المجهرية، فإنه يؤسس أساساً بالغ الأهمية من شأنه أن يعزز التقدم في تطوير وتطبيق هذه الطريقة القوية للتصوير العصبي. والآن بعد أن أظهروا جدوى وفائدة أشباح الدماغ عالية الدقة التي تنتجها الطباعة ثنائية الفوتون بالبلمرة ثلاثية الأبعاد، يخطط الباحثون لتحسين هذا النهج حتى يمكن تحقيق إمكاناته الكاملة. ويمثل عملهم مثالاً على كيفية تكييف التقنيات التي كانت تعتبر محدودة للغاية في السابق بشكل بارع لفتح إمكانيات علمية جديدة.
المرجع (المراجع)
- مايكل فولتس، فرانزيسكا تشالوبا-غانتر، بينيديكت هاغر، ألكسندر ريكي، سياوش محمدي، ستيفان بيندر، ستيفان بوديس، ألكسندر أوفسيانيكوف، كريستيان فينديشبرغر، زولتان ناجي. نحو طباعة الدماغ: فانتوم الحقيقة الأرضية المجهرية للتصوير بالرنين المغناطيسي. Advanced Materials Technologies, 2024; 9 (3) DOI: 10.1002/admt.202300176
انقر على TAGS للاطلاع على المقالات ذات الصلة :
الطباعة ثلاثية الأبعاد | الدماغ | التشخيص | طب الأعصاب
- Millions of new solar system objects to be found...
on June, 2025 at 1:34 amAstronomers have revealed new research showing that millions of new solar system objects are likely to be detected by a brand-new facility, which is expected to come online later this year.
- Tea, berries, dark chocolate and apples could...on June, 2025 at 3:50 pm
New research has found that those who consume a diverse range of foods rich in flavonoids, such as tea, berries, dark chocolate, and apples, could lower their risk of developing serious health conditions and have the potential to live longer.
- Being in nature can help people with chronic back...on June, 2025 at 3:50 pm
Researchers asked patients, some of whom had experienced lower back pain for up to 40 years, if being in nature helped them coped better with their lower back pain. They found that people able to spend time in their own gardens saw some health and wellbeing benefits. However, those able to immerse […]
- Scientists say next few years vital to securing...on June, 2025 at 3:50 pm
Collapse of the West Antarctic Ice Sheet could be triggered with very little ocean warming above present-day, leading to a devastating four meters of global sea level rise to play out over hundreds of years according to a new study. However, the authors emphasize that immediate actions to reduce […]
- First direct observation of the trapped waves...on June, 2025 at 3:50 pm
A new study has finally confirmed the theory that the cause of extraordinary global tremors in September -- October 2023 was indeed two mega tsunamis in Greenland that became trapped standing waves. Using a brand-new type of satellite altimetry, the researchers provide the first observations to […]
