يشتمل برنامج الدراسات العليا في الفيزياء الحيوية على مجالين رئيسيين للبحث: التصوير بالرنين المغناطيسي والفيزياء الحيوية الجزيئية. تم تصميم برنامجنا لمساعدة العلماء الشباب في تطوير المهارات البحثية التي يحتاجونها للنجاح في البيئات الأكاديمية والسريرية. يوفر برنامجنا جوًا غير رسمي حيث يتمكن الطلاب من العمل بشكل وثيق مع أعضاء هيئة التدريس، بالإضافة إلى طلاب الدراسات العليا الآخرين وزملاء ما بعد الدكتوراه.
التصوير بالرنين المغناطيسي
يركز مسار التصوير بالرنين المغناطيسي بشكل خاص على التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). مجال البحث النشط بشكل خاص هو التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) للدماغ البشري (على سبيل المثال، علم الأعصاب، وآليات التباين، والتطور التقني)، وهو قياس النتائج غير المباشرة للنشاط العصبي المتزايد محليًا - زيادة تدفق الدم وزيادة أكسجة الدم، كلاهما يقتصر على المنطقة القريبة من التنشيط العصبي. يركز برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الخاص بنا على ما يلي:
- تطوير وتطبيق طرق تصوير أسرع، مع التطبيق الرئيسي لرسم خرائط وظائف الدماغ البشري (fMRI)؛
- القياس الكمي لمعلمات التصوير ذات الصلة سريريًا مثل أوقات الاسترخاء التفاضلية في أنسجة المخ السرطانية والعادية، والتي يمكن أن تساعد في تشخيص الأنسجة السرطانية. و
- تطوير تقنيات رياضية وإحصائية أكثر صرامة لنمذجة وتحليل تجارب التصوير بالرنين المغناطيسي والرنين المغناطيسي الوظيفي. تعد إعادة بناء صور فورييه وحوسبة التنشيطات الإحصائية جزءًا لا يتجزأ من التصوير بالرنين المغناطيسي/التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
تركز الأبحاث أيضًا على الفيزياء الأساسية وآليات التصوير بالرنين المغناطيسي. يعد تصميم الأجهزة المحسنة والبروتوكولات التجريبية وخوارزميات ما بعد المعالجة أمرًا أساسيًا لتحقيق أهداف هذا البرنامج.
تتضمن اتجاهات البحث التي تنبع من هذه الأهداف ما يلي:
- إنشاء تقنيات وأجهزة تصوير جديدة وأسرع
- فهم التفاعل الدقيق بين الأحداث العصبية الأساسية وعواقبها الفسيولوجية (على سبيل المثال، تغيرات أكسجة الدم) وإشارة الرنين المغناطيسي النووي (NMR)
- تطوير نماذج رياضية وإحصائية جديدة لإعادة بناء صورة فورييه والقياس الدقيق للتنشيطات في العلاقات بين البنية والوظيفة
تتم صيانة أدوات أبحاث التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي بواسطة مركز أبحاث التصوير.
يتم تشجيع الطلاب المهتمين بأبحاث التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي على التقديم مباشرة إلى برنامج الدراسات العليا في الفيزياء الحيوية أو الالتحاق ببرنامجنا من خلال برنامج الدكتوراه في علم الأعصاب (NDP).
الفيزياء الحيوية الجزيئية
يشمل مسار الفيزياء الحيوية الجزيئية التحقيق والكشف عن واستخدام الجذور الحرة وأيونات المعادن شبه المغناطيسية في النظم البيولوجية باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR).
- تعتبر الجذور الحرة جزءًا لا يتجزأ من الاتصال الخلوي وتشارك أيضًا في العديد من العمليات المرضية (مثل تصلب الشرايين ومرض لو جيريج).
- يمكن إدخال الجذور الحرة المستقرة في أي موقع في البروتين أو الببتيد من خلال تقنية تُعرف باسم وضع العلامات الدورانية الموجهة للموقع. الجذور الحرة هي مراسلين ممتازين لبيئتهم، وبالتالي، يمكن استخدامها للتحقيق في بنية البروتين والديناميات الوظيفية.
- تعتبر الأيونات المعدنية البارامغناطيسية أساسية لمعظم العمليات البيولوجية وأنظمة نقل الإلكترون.
تركز الأبحاث في قسم الفيزياء الحيوية على:
- دراسة أكسيد النيتريك، وهو جذر حر يشارك في التحكم في ضغط الدم والذاكرة والالتهابات
- فهم دور المؤكسدات ومضادات الأكسدة في نقل الإشارة وموت الخلايا المبرمج
- دراسات وضع العلامات الدورانية الموجهة نحو الموقع للسموم البكتيرية ومستقبلات الثدييات وبروتينات النقل البكتيرية الأساسية وغيرها من البروتينات والببتيدات والأغشية الدهنية ذات الصلة بالطب الحيوي
- دراسة وظيفة الأغشية البيولوجية وتأثير الكوليسترول والكاروتينات البقعية وبروتينات الغشاء التكاملي على خصائصها
- بروتينات تحتوي على أيونات معدنية مهمة من الناحية الطبية مثل ديسموتاز الفائق أكسيد، وهو إنزيم كاسح للجذور الحرة ويحتوي على النحاس النشط في الموقع
- تطوير أدوات EPR المتقدمة ومنهجيات EPR الجديدة
يضم قسم الفيزياء الحيوية المركز الوطني للطب الحيوي EPR، وهو أحد المراكز الوطنية القليلة للأبحاث المتعلقة بـ EPR، بالإضافة إلى مركز أبحاث الجذور الحرة ومركز بيولوجيا الأكسدة والاختزال.
يجب على الطلاب المهتمين بالتطبيق الطبي الحيوي للتحليل الطيفي EPR لدراسة علم الأحياء والكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الهيكلي الالتحاق ببرنامجنا من خلال البرنامج متعدد التخصصات (IDP) في العلوم الطبية الحيوية. يجب على الطلاب الذين لديهم خلفية بدنية أكبر والذين يرغبون في التخصص في تطوير أدوات EPR التقدم مباشرة إلى برنامج الدراسات العليا في الفيزياء الحيوية.
