1 अगस्त 2022
न्यूरोसाइंस के लिए McKnight एंडोमेंट फंड (MEFN) ने न्यूरोसाइंस अवार्ड्स में 2022 McKnight टेक्नोलॉजिकल इनोवेशन के माध्यम से ग्रांट फंडिंग में $600,000 के तीन प्राप्तकर्ताओं की घोषणा की, इन परियोजनाओं को मौलिक रूप से न्यूरोसाइंस अनुसंधान के तरीके को बदलने की उनकी क्षमता के लिए मान्यता दी। प्रत्येक परियोजना को अगले दो वर्षों में कुल $200,000 प्राप्त होंगे, जो मस्तिष्क के कार्य को मैप, मॉनिटर और मॉडल करने के लिए उपयोग की जाने वाली इन अभूतपूर्व तकनीकों के विकास को आगे बढ़ाते हैं। 2022 पुरस्कार विजेता और उनकी परियोजनाएं:
- वाशिंगटन विश्वविद्यालय के आंद्रे बर्नड्ट, पीएचडी, बहुत बड़ी संख्या में ऑप्टोजेनेटिक बायोसेंसर बनाने और स्कैन करने के लिए एक प्रणाली विकसित कर रहा है, ताकि शोधकर्ता इन बायोसेंसरों को उनके प्रयोगों के लिए अधिक सटीक रूप से पहचान और परिष्कृत कर सकें। वर्तमान तकनीक और संसाधन की कमी शोधकर्ताओं को केवल दर्जनों या सैकड़ों बायोसेंसर की खोज करने के लिए सीमित करती है, और छोटे नमूने के आकार का मतलब है कि वे सुनिश्चित नहीं हो सकते कि उन्हें सबसे अच्छा विकल्प मिला है। हजारों को बनाने और स्क्रीन करने की क्षमता के साथ, उनके विकल्पों का तेजी से विस्तार होगा।
- इलिनोइस शिकागो विश्वविद्यालय के रुइक्सुआन गाओ, पीएच.डी., विस्तार माइक्रोस्कोपी के एक नए अभ्यास में उपयोग करने के लिए रासायनिक रूप से एक नए प्रकार के हाइड्रोजेल का उपयोग कर रहा है - अनिवार्य रूप से ऊतक के नमूनों और उनके घटक कोशिकाओं को उनके मूल आकार से कई गुना विस्तार करना ताकि उन्हें अध्ययन करना आसान हो सके। उनका नया "टेट्रा-जेल" और विशेष अणु जो नमूने को जेल में लंगर डालते हैं, इसे उच्च निष्ठा के साथ विस्तार करने और स्थिर रहने की अनुमति देंगे ताकि मस्तिष्क के ऊतकों की आणविक प्रोफ़ाइल को बेहतर ढंग से कैप्चर किया जा सके।
- मिरना मिहोविलोविक स्कानाटा, सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय के पीएच.डी., दो-फोटॉन माइक्रोस्कोपी के लिए एक नया, उच्च-सटीक अनुप्रयोग विकसित कर रहा है जो शोधकर्ताओं को स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले, स्वतंत्र रूप से चलने वाले लार्वा फल मक्खियों में एक बड़े क्षेत्र में तंत्रिका गतिविधि को सटीक रूप से ट्रैक करने और वैकल्पिक रूप से हेरफेर करने की अनुमति देगा। प्रणाली पूरी तरह से गैर-आक्रामक है, लार्वा की गति के लिए समायोजित करने के लिए एक एल्गोरिथ्म का उपयोग करते हुए और पशु चाल के रूप में गति और विरूपण मस्तिष्क के लिए गणना और सुधार करके एक साथ कई व्यक्तिगत कोशिकाओं का ट्रैक रखता है।
नीचे इनमें से प्रत्येक शोध परियोजना के बारे में अधिक जानें।
न्यूरोसाइंस पुरस्कारों में तकनीकी नवाचारों के बारे में
चूंकि मैकनाइट टेक्नोलॉजिकल इनोवेशन इन न्यूरोसाइंस अवार्ड 1999 में स्थापित किया गया था, एमईएफएन ने इस पुरस्कार तंत्र के माध्यम से तंत्रिका विज्ञान के लिए नवीन तकनीकों में $16 मिलियन से अधिक का योगदान दिया है। एमईएफएन विशेष रूप से उस काम में रूचि रखता है जो मस्तिष्क समारोह में हेरफेर और विश्लेषण करने की क्षमता को आगे बढ़ाने के लिए नए और उपन्यास दृष्टिकोण लेता है। McKnight समर्थन से विकसित तकनीकों को अंततः अन्य वैज्ञानिकों को उपलब्ध कराया जाना चाहिए।
"फिर से, हमारे आवेदकों द्वारा नई न्यूरोटेक्नोलोजी के लिए लायी जा रही सरलता को देखना एक रोमांचकारी अनुभव रहा है," मार्कस मिस्टर, पीएच.डी., पुरस्कार समिति के अध्यक्ष और जैविक विज्ञान के ऐनी पी. और बेंजामिन एफ. बियागिनी प्रोफेसर ने कहा। कैलटेक में। "हमारे पुरस्कार नए बायोसेंसर से अणुओं को संकेत देने के लिए एक विस्तृत श्रृंखला में फैले हुए हैं, जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी से पहले तंत्रिका ऊतक का विस्तार करते हैं।"
इस साल की चयन समिति में एड्रिएन फेयरहॉल, टिमोथी होली, लॉरेन लूगर, माला मूर्ति, एलिस टिंग और होंगकुई ज़ेंग भी शामिल थे, जिन्होंने 90 आवेदकों के अत्यधिक प्रतिस्पर्धी पूल से इस साल के न्यूरोसाइंस अवार्ड्स में टेक्नोलॉजिकल इनोवेशन को चुना।
पुरस्कारों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, कृपया हमारी वेबसाइट पर पधारें.
2022 मैकनाइट टेक्नोलॉजिकल इनोवेशन इन न्यूरोसाइंस अवार्ड्स
आंद्रे बर्नड्ट, पीएचडी, सहायक प्रोफेसर, बायोइंजीनियरिंग विभाग, वाशिंगटन विश्वविद्यालय
न्यूरोनल सिग्नलिंग के लिए ऑप्टोजेनेटिक बायोसेंसर के बड़े पैमाने पर समानांतर, उच्च थ्रूपुट इंजीनियरिंग
फ्लोरोसेंट, आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड प्रोटीन ने मस्तिष्क कोशिकाओं और तंत्रिका सर्किट के अध्ययन में क्रांति ला दी है। विशिष्ट तंत्रिका गतिविधि की उपस्थिति में शाब्दिक रूप से प्रकाश करके, जिसे तब सूक्ष्मदर्शी और जीवित मस्तिष्क में प्रकाश तंतुओं द्वारा रिकॉर्ड किया जा सकता है, इस उपकरण ने कई रहस्यों को खोल दिया है और शोधकर्ताओं को मस्तिष्क गतिविधि और तंत्रिका मार्गों की कल्पना करने की अनुमति दी है। लेकिन एक अड़चन रही है: प्रत्येक प्रयोग के लिए सर्वश्रेष्ठ सेंसर का विकास और पहचान करना। इन एन्कोडेड प्रोटीनों को केवल विशिष्ट उत्तेजनाओं की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करने की आवश्यकता होती है, कुछ मामलों में अत्यधिक संवेदनशील होने की आवश्यकता हो सकती है, अन्य मामलों में लंबी अवधि के लिए प्रतिदीप्त करने की आवश्यकता हो सकती है, या एक प्रयोग को यह देखने के लिए दो सेंसर की आवश्यकता हो सकती है कि कितने न्यूरोट्रांसमीटर हैं इंटरैक्ट करना।
अतीत में, प्रत्येक सेंसर को आनुवंशिक रूप से संशोधित, उत्पादित और व्यक्तिगत रूप से परीक्षण किया जाना था। शायद केवल कुछ दर्जन या सौ की तुलना की जा सकती है, और शोधकर्ताओं ने एक छोटे नमूने से सबसे अच्छा विकल्प चुना - यह नहीं जानते कि क्या कोई बेहतर, अधिक सटीक विकल्प उपलब्ध था। डॉ. बर्नड्ट ने एक साथ बड़ी संख्या में ऑप्टोजेनेटिक बायोसेंसरों के विकास और परीक्षण के लिए एक प्रक्रिया विकसित की है, जिसका लक्ष्य प्रति दिन 10,000 से अधिक स्क्रीनिंग करना और बायोसेंसरों की एक विशाल पुस्तकालय का निर्माण करना है जो शोधकर्ताओं को सटीक रूप से इंजीनियर प्रोटीन तक पहुंच प्रदान कर सकता है जिसका उपयोग वे हमेशा चलाने के लिए कर सकते हैं- अधिक विशिष्ट प्रयोग।
प्रौद्योगिकी बायोसेंसर के बड़ी संख्या में प्रकार बनाने के लिए तेजी से आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करती है, फिर अलग-अलग रूपों को एक माइक्रोवेल सरणी में रखती है। सेंसर न्यूरोपैप्टाइड्स के संपर्क में हैं - वर्तमान में, डॉ बर्नड्ट लिगैंड-विशिष्ट ओपिओइड सेंसर पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं - और ऑप्टिकल सेंसर फिर माइक्रोएरे को पढ़ते हैं, प्रत्येक संस्करण की चमक और अन्य चर का पता लगाते हैं, और आगे के परीक्षण के लिए सर्वोत्तम विकल्पों का चयन करते हैं। 2 वर्षों के दौरान, लगभग 750, 000 बायोसेंसर का परीक्षण किया जाएगा और उनकी स्क्रीनिंग की प्रक्रिया को परिष्कृत किया जाएगा, मस्तिष्क में ओपिओइड क्रियाओं में अनुसंधान को आगे बढ़ाया जाएगा और एक बहुमुखी दृष्टिकोण प्रदान किया जाएगा जो अन्य शोधकर्ता अपने प्रयोगों के लिए उपयोग कर सकते हैं।
रुइक्सुआन गाओ, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, रसायन विज्ञान विभाग और जैविक विज्ञान विभाग, इलिनोइस विश्वविद्यालय शिकागो
टेट्राहेड्रोन-जैसे मोनोमर्स से निर्मित अत्यधिक समरूप हाइड्रोजेल का उपयोग करके उच्च-आइसोट्रॉपी विस्तार माइक्रोस्कोपी के साथ सिनैप्टिक प्रोटीन और आरएनए टेप की उप -10 एनएम स्थानिक रूपरेखा
बहुत छोटी चीजों की जांच करने के लिए - जैसे न्यूरॉन्स और मस्तिष्क में उनके सिनेप्स - शोधकर्ता शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करते हैं। लेकिन एक और दृष्टिकोण है जो प्रभावशाली परिणाम प्राप्त कर सकता है: विस्तार माइक्रोस्कोपी नामक प्रक्रिया के माध्यम से एक विशेष सूजन योग्य हाइड्रोजेल के उपयोग से ऊतक के नमूने और उसके भीतर की कोशिकाओं का शाब्दिक रूप से विस्तार करना। हाइड्रोजेल कोशिकाओं के विभिन्न आणविक घटकों को बांधता है और फैलता है, आदर्श रूप से सभी घटक भागों को एक दूसरे के समान सापेक्ष स्थिति में रखता है, अध्ययन के लिए एक बड़ा और अधिक सुलभ नमूना बनाता है - सिद्धांत रूप में, एक गुब्बारे पर लिखने के समान, फिर इसे फुलाकर .
हालांकि, इस प्रक्रिया के लिए उपयोग किए जाने वाले वर्तमान हाइड्रोजेल में कुछ कमियां हैं जब मस्तिष्क में सूक्ष्म संरचनाओं का अध्ययन करने की बात आती है। अणुओं की सापेक्ष स्थिति को धारण करने में त्रुटि की सीमा उतनी सटीक नहीं है जितनी वांछित है। नया जेल जो संभावित रूप से इस मुद्दे पर काबू पाता है, ऊतक के नमूनों को विकृत करने और उनका इलाज करने में उपयोग की जाने वाली गर्मी के प्रति खराब प्रतिक्रिया करता है। और यह फ्लोरोसेंट बायोमार्कर के उपयोग को सीमित कर सकता है। डॉ गाओ का लक्ष्य एक नए प्रकार के "टेट्रा-जेल" को विकसित करके प्रौद्योगिकी में सुधार करना है, जिसे रासायनिक रूप से एक टेट्राहेड्रोन के आकार का मोनोमर बनाने के लिए इंजीनियर किया गया है जो कि अत्यंत समान है क्योंकि यह फैलता है, गर्मी का प्रतिरोध करता है और बायोल्यूमिनसेंट मार्करों के उपयोग की अनुमति देता है। वह रासायनिक लिंकर्स, विशेष अणु भी विकसित करेगा जो नमूने के विभिन्न आणविक घटकों को जेल से बांध देगा। लक्ष्य एक विस्तारित नमूना है जो मूल की निष्ठा से 10 नैनोमीटर के भीतर मेल खाता है, शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के संकल्प से मेल खाता है।
डॉ गाओ के शोध ने पहले से ही आशाजनक यौगिकों की पहचान की है जिनके साथ इस टेट्रा-जेल को विकसित किया जा सकता है। जैसे-जैसे उनकी प्रयोगशाला इसे विकसित और परिष्कृत करती है, वह अपनी क्षमताओं को अध्ययन के लिए लागू करेगा, उदाहरण के लिए, प्रारंभिक शुरुआत पार्किंसंस रोग प्रभावित दिमाग। इन दिमागों की सटीक संरचना का अध्ययन पारंपरिक तरीकों से चुनौतीपूर्ण रहा है, और लक्ष्य सिनैप्टिक प्रोटीन और संबंधित जीन टेप को सटीक रूप से मैप करना है, जिससे यह पता चलता है कि पीडी मस्तिष्क की प्रारंभिक शुरुआत कैसे आणविक रूप से संरचित है।
मिरना मिहोविलोविक स्कानाटा, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, भौतिकी विभाग, सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय
स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों में तंत्रिका पैटर्न को पढ़ने और हेरफेर करने के लिए दो-फोटॉन ट्रैकिंग तकनीक
न्यूरोसाइंटिस्टों के लिए सोने का मानक एक बड़े क्षेत्र में उच्च स्तर की सटीकता पर मस्तिष्क में जो हो रहा है उसे रिकॉर्ड और हेरफेर करने में सक्षम होना है, जबकि एक जीवित जानवर स्वतंत्र और स्वाभाविक रूप से व्यवहार कर रहा है। वर्षों से, प्रौद्योगिकी ने शोधकर्ताओं को इस आदर्श की ओर बढ़ने की अनुमति दी है, लेकिन हमेशा कुछ समझौते के साथ। अक्सर, जानवरों को सिर-फिक्स करने की आवश्यकता होती है, और/या उनके दिमाग में घुसपैठ करने वाले सेंसर या ऑप्टिक्स लगाए जाते हैं, और अक्सर उच्च-निष्ठा रिकॉर्डिंग या हेरफेर मस्तिष्क के अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्र तक ही सीमित था, जबकि व्यापक-आधारित रिकॉर्डिंग और हेरफेर था कम सटीक।
प्रमुख चुनौतियों में से एक स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवर में मस्तिष्क और न्यूरॉन्स की गति और विकृति है। लेकिन डॉ. स्कानाटा एक नई दो-फोटॉन ट्रैकिंग तकनीक विकसित कर रही है जो उसे बिना किसी आक्रामक प्रत्यारोपण के एक गतिशील जानवर में कई अलग-अलग न्यूरॉन्स को ट्रैक करने और उन न्यूरॉन्स को वैकल्पिक रूप से सक्रिय या हेरफेर करने की अनुमति देती है। उपयोग किया गया मॉडल फ्रूट फ्लाई लार्वा है, जो स्वाभाविक रूप से पारदर्शी है, और सिस्टम डॉ। स्कानाटा विकसित करना जारी रखेगा दो-फोटॉन माइक्रोस्कोप (जो बहुत सटीक लक्ष्यीकरण की अनुमति देता है) का उपयोग एक सरल एल्गोरिदम के साथ करता है जो व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की गति का तेजी से पता लगा सकता है और माइक्रोस्कोप के नीचे केंद्रित रखने के लिए एक चलती अवस्था पर विषय की स्थिति को समायोजित करें। सिस्टम कई न्यूरॉन्स की सापेक्ष स्थिति की गणना करता है, आंदोलन के दौरान मस्तिष्क की गति और विकृति के लिए समायोजित करता है, और एक बड़े क्षेत्र में तंत्रिका गतिविधि को ट्रैक करता है।
संशोधित किए गए जानवर को ट्रैक करते समय ताकि ऑप्टिकल प्रकाश के संपर्क में आने पर न्यूरॉन्स सक्रिय हो सकें, सिस्टम प्राकृतिक गतिविधि के दौरान शोधकर्ताओं को उच्च परिशुद्धता के साथ न्यूरॉन्स पर स्विच करने देता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि डॉ. स्कानाटा जो प्रणाली विकसित कर रहा है, उसमें दो लेजर बीमों को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करने की क्षमता है, इसलिए यह एक साथ कई क्षेत्रों को ट्रैक कर सकता है, और यहां तक कि व्यक्तियों के बीच गतिविधि को ट्रैक करने की अनुमति देगा, जिससे समूह मुठभेड़ों के दौरान तंत्रिका गतिविधि में अंतर्दृष्टि की अनुमति मिलती है।
