কেএআইএসটি-র বেতার ব্রেন চিপে ক্ষুদ্র শূকরে আলঝেইমারের ওষুধের প্রতিক্রিয়া শনাক্ত

ওষুধের প্রভাবের সঙ্গে মস্তিষ্কের একটি রাসায়নিকের পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ

ক্ষুদ্র শূকরের প্রিফ্রন্টাল কর্টেক্সে বসানো একটি বেতার চিপে স্মৃতির সঙ্গে জড়িত একটি রাসায়নিকের মাত্রা বেড়ে যাওয়ার ঘটনা ধরা পড়েছে। প্রাণীগুলোকে আলঝেইমার রোগের চিকিৎসায় ব্যবহৃত ওষুধ ডোনেপেজিল দেওয়ার পর এই পরিবর্তন দেখা যায়। পরে সংকেতটি ধীরে ধীরে আগের মাত্রায় ফিরে আসে। ফলে ওষুধের প্রতি মস্তিষ্কের রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া গবেষকেরা ধারাবাহিকভাবে পর্যবেক্ষণ করতে পেরেছেন।

কেএআইএসটির মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগের অধ্যাপক কিয়ং-ইন জাংয়ের নেতৃত্বে পরিচালিত এই গবেষণায় অ্যাসিটাইলকোলিন সেন্সর, ক্ষুদ্র আলোর উৎস এবং বেতার পরিমাপের ইলেকট্রনিক ব্যবস্থা একত্র করা হয়েছে। এর উদ্দেশ্য, মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট একটি অঞ্চলের ভেতরে পরিবর্তন ঘটার সময়ই তা পর্যবেক্ষণে বিজ্ঞানীদের সহায়তা করা; পরে নমুনা সংগ্রহের জন্য অপেক্ষা করা বা মূলত আচরণের পরিবর্তন দেখে ওষুধের প্রভাব যাচাই করার বিকল্প দেওয়া।

গবেষণার ফল ২০২৬ সালের ১৪ অক্টোবর সেল প্রেস প্রকাশিত সাময়িকী ডিভাইসে প্রকাশিত হয়। কেএআইএসটি ২৭ অক্টোবর কাজটি সম্পর্কে ঘোষণা দেয়। সহযোগী প্রতিষ্ঠানগুলোর মধ্যে ছিল দেগু গিয়ংবুক ইনস্টিটিউট অব সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (ডিজিস্ট), কোরিয়া ব্রেন রিসার্চ ইনস্টিটিউট (কেবিআরআই) এবং কোরিয়া রিসার্চ ইনস্টিটিউট অব বায়োসায়েন্স অ্যান্ড বায়োটেকনোলজি (ক্রিব)।

পরীক্ষায় প্রাণীর মস্তিষ্কে রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া পরিমাপ করা হয়েছে। রোগীদের জন্য এর উপকারিতা যাচাই করতে আরও গবেষণা দরকার, যার মধ্যে দীর্ঘ সময় ইমপ্লান্টটি নিরাপদ রাখা যায় কি না এবং এটি নির্ভরযোগ্য পরিমাপ দিতে পারে কি না, তা পরীক্ষা করাও রয়েছে।

গবেষকেরা অ্যাসিটাইলকোলিন পর্যবেক্ষণ করলেন কেন

অ্যাসিটাইলকোলিন একটি নিউরোট্রান্সমিটার—রাসায়নিক বার্তাবাহক, যা স্নায়ুকোষের মধ্যে তথ্য পরিবহন করে। এটি শেখা ও স্মৃতিশক্তি বজায় রাখতে সহায়তা করে। তাই এসব কাজের ওপর ওষুধের প্রভাব নিয়ে গবেষণায় এটি একটি উপযোগী লক্ষ্য।

ডোনেপেজিল অ্যাসিটাইলকোলিন ভেঙে ফেলা এনজাইম অ্যাসিটাইলকোলিনেস্টেরেজের ওপর কাজ করে। ওই এনজাইমকে বাধা দেওয়ায় ওষুধটি বার্তাবাহককে আরও বেশি সময় সক্রিয় থাকতে দেয়। ওষুধের ডোজ দেওয়ার পর অ্যাসিটাইলকোলিন পর্যবেক্ষণ করলে মস্তিষ্কের ভেতরে এই প্রক্রিয়ার একটি অংশ দেখা যায়।

গবেষক দল প্রিফ্রন্টাল কর্টেক্স বেছে নেয়। মস্তিষ্কের এই অঞ্চল বিচারবোধ, মনোযোগ ও স্মৃতির সঙ্গে জড়িত। চিপ বসানো এবং ডোনেপেজিল দেওয়ার পর গবেষকেরা অ্যাসিটাইলকোলিনের সংকেত বাড়তে দেখেন। এরপর তা ধীরে ধীরে বেসলাইনের দিকে ফিরে আসে; বেসলাইন বলতে চিকিৎসার আগে রেকর্ড করা মাত্রাকে বোঝায়।

সংকেতের এই পরিবর্তন গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ওষুধের প্রভাব সময়ের সঙ্গে বিকশিত হয়। এক মুহূর্তে নেওয়া পরিমাপে সংকেতের বৃদ্ধি বা কমে আসা ধরা পড়তে পারে। কিন্তু ধারাবাহিক রেকর্ডে এই ধাপগুলো কীভাবে একটির পর একটি ঘটে, তা দেখা যায়।

ধারাবাহিক বেতার পরিমাপের ফলে যা বদলায়

গবেষকেরা প্রায়ই স্মৃতির পরীক্ষা, আচরণ বা ইমেজিংয়ের মাধ্যমে মস্তিষ্কের রোগের ওষুধ মূল্যায়ন করেন। মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট অঞ্চলে বসানো সেন্সর ভিন্ন প্রশ্নের উত্তর দেয়: অন্য পদ্ধতিগুলো কর্মক্ষমতা বা মস্তিষ্কের সামগ্রিক কার্যকলাপ অনুসরণ করতে পারে, আর চিপটি ইমপ্লান্টের স্থানে নির্দিষ্ট একটি রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করে।

মস্তিষ্ক থেকে তরল সরাসরি সংগ্রহ করে পরীক্ষা করতে প্রতিটি নমুনার জন্য কয়েক মিনিট বা তার বেশি সময় লাগতে পারে। নতুন যন্ত্রটি দিয়ে গবেষকেরা প্রতি সেকেন্ডে পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করেছেন, ফলে অল্প সময়ের মধ্যে বদলে যাওয়া সংকেতের আরও বিস্তারিত রেকর্ড পাওয়া গেছে।

একটি ক্ষুদ্রাকৃতির সার্কিট পরিমাপগুলো প্রক্রিয়াজাত করে ব্লুটুথের মাধ্যমে বাইরের যন্ত্রে পাঠায়। ফলে রেকর্ডিং সরঞ্জামের সঙ্গে প্রাণীকে তার দিয়ে যুক্ত না রেখেই গবেষকেরা পরিমাপ পেতে পারেন।

ক্ষুদ্র শূকর ব্যবহার করা হয়েছে, কারণ তাদের মস্তিষ্কের আকার ও গঠন ইঁদুরের মস্তিষ্কের তুলনায় মানুষের মস্তিষ্কের কাছাকাছি। ক্রিব প্রাণীগুলো সরবরাহ করেছে এবং অস্ত্রোপচারের কাজে সহায়তা করেছে। এ পর্যায়ের গবেষণার জন্য প্রয়োজনীয় সুবিধা ও দক্ষতাও তারা দিয়েছে।

চিপটি কীভাবে রাসায়নিককে পাঠযোগ্য সংকেতে রূপান্তর করে

চিপের ইলেকট্রনিক ব্যবস্থায় পরিমাপের জন্য অ্যাসিটাইলকোলিনকে অন্য কিছুর মধ্যে রূপান্তর করতে হয়। সেন্সরটি এনজাইম ব্যবহার করে রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটায়, যার ফলে হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড তৈরি হয়। এরপর একটি ইলেকট্রোড এই বিক্রিয়াজাত পদার্থকে বৈদ্যুতিক প্রবাহে রূপান্তর করে।

সেন্সিং স্তরটি ছিদ্রযুক্ত কাইটোসান এবং অত্যন্ত পাতলা রুপা ও প্লাটিনামের ন্যানোওয়্যার দিয়ে তৈরি। কাইটোসান এমন একটি উপাদান, যা চিংড়ি ও কাঁকড়ার মতো খোলসযুক্ত প্রাণীর খোলস থেকে পাওয়া যায়। এর অসংখ্য ক্ষুদ্র ছিদ্র শনাক্তকারী এনজাইমগুলো যুক্ত হওয়ার জন্য বড় পৃষ্ঠতল তৈরি করে।

বিক্রিয়ার সময় উৎপন্ন হাইড্রোজেন পারঅক্সাইডকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করতে ন্যানোওয়্যার সহায়তা করে। ছিদ্রযুক্ত উপাদান ও বিদ্যুৎ পরিবাহী তার একসঙ্গে মস্তিষ্কের রাসায়নিক ঘটনাকে এমন পরিমাপে রূপ দেয়, যা ইলেকট্রনিক সরঞ্জামে রেকর্ড করা যায়।

মস্তিষ্কের অন্যান্য অণুও ইলেকট্রোডে সংকেত তৈরি করতে পারে। এই হস্তক্ষেপ কমাতে পাতলা প্রোবটিতে এক পাশে এনজাইমের প্রলেপযুক্ত ইলেকট্রোড এবং অন্য পাশে এনজাইমবিহীন ইলেকট্রোড রাখা হয়েছে।

ব্যবস্থাটি দুই ইলেকট্রোডের পাঠ তুলনা করে এবং উভয়ের সাধারণ সংকেত বিয়োগ করে। এতে অ্যাসিটাইলকোলিনের সঙ্গে সম্পর্কিত পরিবর্তনকে পটভূমির রাসায়নিক কার্যকলাপ থেকে আলাদা করতে সহায়তা হয়। এরপর পরিমাপগুলো ক্ষুদ্র সার্কিটের মধ্য দিয়ে প্রাণীর শরীরের বাইরে পাঠানো হয়।

আলোর উদ্দীপনা নিয়ে ইঁদুরের ওপর পৃথক পরীক্ষা

চিপটিতে একটি মাইক্রো লাইট এমিটিং ডায়োড বা মাইক্রো-এলইডি রয়েছে, যা মস্তিষ্কের ভেতরে আলো দিতে পারে। গবেষকেরা কেবিআরআইয়ের অস্ত্রোপচার ও পরীক্ষায় সহায়তা নিয়ে ট্রান্সজেনিক ইঁদুরের ওপর পৃথক পরীক্ষায় এই অংশটি যাচাই করেছেন।

এই ইঁদুরগুলোর স্নায়ুকোষকে আলোর প্রতি সাড়া দেওয়ার জন্য জিনগতভাবে পরিবর্তন করা হয়েছিল। অপটোজেনেটিকস নামের এই কৌশলে শুধু বৈদ্যুতিক উদ্দীপনার ওপর নির্ভর না করে আলো দিয়ে বেছে নেওয়া কোষ সক্রিয় করা যায়।

গবেষকেরা চিপের আলোর উৎস চালু করলে অ্যাসিটাইলকোলিনের সংকেত বেড়ে যেতে দেখেন। এতে বোঝা যায়, একই যন্ত্র উদ্দীপনা দিতে এবং তার সঙ্গে সম্পর্কিত রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া শনাক্ত করতে পারে।

অতএব, কাজটিতে দুটি স্বতন্ত্র পরীক্ষামূলক ধাপ ছিল: ক্ষুদ্র শূকরে ডোনেপেজিলের প্রতিক্রিয়া অনুসরণ এবং জিনগতভাবে পরিবর্তিত ইঁদুরে আলোর প্রতিক্রিয়া অনুসরণ। প্রতিটি ধাপে সম্মিলিত যন্ত্রটির ভিন্ন একটি কার্যকারিতা পরীক্ষা করা হয়েছে।

মস্তিষ্কের পরিমাপ কি পরবর্তী উদ্দীপনা নির্ধারণে সহায়তা করতে পারে?

জাং ও তাঁর সহকর্মীরা মনে করেন, সেন্সিং ও উদ্দীপনা দেওয়ার সমন্বয় একটি ক্লোজড-লুপ নিউরাল ইন্টারফেসের ভিত্তি হতে পারে। সহজ ভাষায়, এটি এমন একটি ব্যবস্থা, যা প্রতিক্রিয়া পরিমাপ করে এবং সেই ফলের ভিত্তিতে পরবর্তী করণীয় ঠিক করে।

ভবিষ্যতের কোনো সংস্করণ উদ্দীপনার পর রাসায়নিক পরিবর্তন শনাক্ত করে পরবর্তী উদ্দীপনার সময় বা তীব্রতা সামঞ্জস্য করতে পারে। সেন্সর ও আলোর উৎসকে একই যন্ত্রে রাখলে এই প্রক্রিয়া অনুসন্ধানের সুযোগ তৈরি হয়।

গবেষণার নেতৃত্ব দেওয়া এবং গবেষণাপত্রটির যোগাযোগ-লেখক হিসেবে দায়িত্ব পালন করা কেএআইএসটির অধ্যাপক জাং লক্ষ্যটি এভাবে বর্ণনা করেছেন:

এই গবেষণা এমন প্রযুক্তির ভিত্তি তৈরি করছে, যা মস্তিষ্কের পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করবে এবং তার প্রতিক্রিয়ার ভিত্তিতে উদ্দীপনা সমন্বয় করবে,

বর্তমান কাজটি এই পদ্ধতির পরীক্ষামূলক ভিত্তি তৈরি করেছে। মস্তিষ্কের পরিবর্তনশীল সংকেতের প্রতিক্রিয়ায় নির্ভরযোগ্যভাবে উদ্দীপনা বেছে নেওয়া ও দেওয়ার ব্যবস্থা গড়ে তুলতে আরও পরীক্ষা প্রয়োজন।

ওষুধ গবেষণায় যন্ত্রটি যেভাবে সহায়তা করতে পারে

গবেষকেরা অ্যাসিটাইলকোলিনের ধারাবাহিক রেকর্ড ব্যবহার করে ওষুধের ভিন্ন ডোজ বা ডোজের মধ্যবর্তী ভিন্ন সময়ে কী ঘটে, তা তুলনা করতে পারেন। সংকেত বেড়েছিল কি না, শুধু তা রেকর্ড না করে তাঁরা দেখতে পারেন কখন তা বেড়েছে, কীভাবে বদলেছে এবং কখন আগের মাত্রার দিকে ফিরেছে।

এই পরিমাপগুলো নির্দিষ্ট মস্তিষ্ক অঞ্চলে রাসায়নিক প্রতিক্রিয়ার সঙ্গে চিকিৎসার সময়সূচির সম্পর্ক বুঝতে সাহায্য করতে পারে। ওষুধ কীভাবে কাজ করে, তা অনুসন্ধানের সময় আচরণগত পরীক্ষা ও অন্যান্য পরিমাপের পাশাপাশি এগুলোও বিবেচনা করা যেতে পারে।

ভবিষ্যৎ উন্নয়নের জন্য গবেষণায় বেশ কিছু ব্যবহারিক প্রশ্ন রয়ে গেছে। এর মধ্যে রয়েছে দীর্ঘ সময় ইমপ্লান্ট করে রাখার নিরাপত্তা এবং সময়ের সঙ্গে পরিমাপের স্থিতিশীলতা। কয়েক দিন বা কয়েক সপ্তাহ ব্যবধানে করা পরীক্ষা তুলনা করতে হলে সেন্সরকে ধারাবাহিকভাবে নির্ভুল পরিমাপ দিতে হবে, যাতে তুলনাগুলো কার্যকর হয়।

আলঝেইমার রোগে আক্রান্ত ব্যক্তিদের জন্য এই মুহূর্তে এটি একটি গবেষণার সরঞ্জাম। মানুষের ক্ষেত্রে ব্যবহারের আগে আরও যাচাই প্রয়োজন; মানবদেহে পরীক্ষার কোনো তারিখ ঘোষণা করা হয়নি।

প্রকাশনা, সহযোগিতা ও বাণিজ্যিকীকরণ

দক্ষিণ কোরিয়ার চারটি প্রতিষ্ঠানের প্রকৌশল, রাসায়নিক শনাক্তকরণ ও প্রাণী নিয়ে পরীক্ষা এই গবেষণায় একত্র হয়েছে। ডিজিস্টের গবেষক সন জি-উন, ও সে-হিয়ক এবং হা জং-দে যৌথভাবে প্রথম লেখক। জাং গবেষণাপত্রটির যোগাযোগ-লেখক ছিলেন।

প্রকাশনা ও ঘোষণার সময়সূচি ছিল:

• ১৪ অক্টোবর, ২০২৬: ডিভাইসে ইমপ্লান্টযোগ্য চিপ ও প্রাণী নিয়ে পরীক্ষা-সংক্রান্ত গবেষণাটি প্রকাশিত হয়।
• ২৭ অক্টোবর, ২০২৬: কেএআইএসটি গবেষণা এবং পরবর্তী উন্নয়নের পরিকল্পনা ঘোষণা করে।

গবেষণাপত্রটির শিরোনাম "কোলিনার্জিক ওষুধগত প্রতিক্রিয়া পর্যবেক্ষণে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সিং ও অপটোজেনেটিক উদ্দীপনাসহ ইমপ্লান্টযোগ্য নিউরাল চিপ।" এর ডিওআই 10.1016/j.device.2026.101329। শিরোনামে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সিং বলতে রাসায়নিক বিক্রিয়াকে বৈদ্যুতিক পরিমাপে রূপান্তর বোঝায়, আর কোলিনার্জিক বলতে অ্যাসিটাইলকোলিন-সম্পর্কিত সংকেতকে বোঝায়।

জাংয়ের নেতৃত্বে শিক্ষক-প্রতিষ্ঠিত স্টার্টআপ এন-সাইড ইনকরপোরেশনের মাধ্যমে দলটি প্রযুক্তিটির বাণিজ্যিকীকরণের উদ্যোগ নেবে। পরীক্ষামূলক যন্ত্রটিকে নির্ভরযোগ্য গবেষণা-পণ্যে রূপ দিতে পরীক্ষাগারে গুরুত্বপূর্ণ একই বিষয়গুলোর দিকে নজর দিতে হবে: নিরাপদে ইমপ্লান্ট করা এবং নির্ভরযোগ্য পরিমাপ বজায় রাখা।

মূল বিষয়গুলো

• কেএআইএসটি-নেতৃত্বাধীন একটি দল ক্ষুদ্র শূকরকে ডোনেপেজিল দেওয়ার পর অ্যাসিটাইলকোলিনের সংকেত পর্যবেক্ষণে ইমপ্লান্ট করা বেতার চিপ ব্যবহার করেছে।
• চিকিৎসার পর সংকেত বেড়েছে এবং পরে ধীরে ধীরে আগের মাত্রার দিকে ফিরেছে।
• যন্ত্রটিতে রাসায়নিক শনাক্তকরণ, ক্ষুদ্র আলোর উৎস ও ব্লুটুথে তথ্য পাঠানোর ব্যবস্থা রয়েছে।
• জিনগতভাবে পরিবর্তিত ইঁদুরের ওপর পৃথক পরীক্ষায় আলোর উদ্দীপনার পর অ্যাসিটাইলকোলিনের সংকেত বাড়তে দেখা গেছে।
• সম্ভাব্য ব্যবহারগুলোর মধ্যে রয়েছে ওষুধের প্রতিক্রিয়া তুলনা এবং মস্তিষ্কের পরিমাপ করা কার্যকলাপ অনুযায়ী সামঞ্জস্যপূর্ণ উদ্দীপনা ব্যবস্থা তৈরি।
• মানুষের ক্ষেত্রে ব্যবহারের আগে দীর্ঘ সময় ইমপ্লান্ট করার নিরাপত্তা ও পরিমাপের স্থিতিশীলতা যাচাই করতে আরও পরীক্ষা দরকার।