Новый метод избирательного управления нейронами использует генную модификацию и ультразвук, способный проникать сквозь череп и глубоко в ткани мозга.
©Mycroyance, Flickr
Сегодня для исследований мозга применяют методы оптогенетики. Для этого в мембраны нервных клеток внедряют белки, реагирующие на свет. Соответствующие гены переносятся с помощью генной инженерии и могут запускаться в строго определенных видах нейронов. Излучение, поступающее от лазера или оптоволокна, позволяет с высокой избирательностью активировать эти клетки, чтобы изучить их работу. Так, например, можно «точечно» подавить тягу лабораторных крыс к алкоголю или их агрессию.
Однако оптогенетика требует не только проведения генной модификации, но и опасных инвазивных процедур для подведения лазера или оптоволокна к нужной части мозга. К тому же животные оказываются стеснены в движениях, да и на высших приматах (включая человека) такую процедуру не провести. Поэтому ученые ищут способы сделать процедуру более щадящей — например, заставить ГМ-нейроны реагировать на свет, поступающий извне черепной коробки.
Метод сонотермогенетики позволяет избирательно активировать нейроны, используя фокусированный ультразвук (FUS) / ©©2021 Washington University in St. Louis
Новую альтернативу оптогенетике — «сонотермогенетику» — предложили недавно ученые из Вашингтонского университета, статья которых опубликована в журнале Brain Stimulation. Хун Чэнь (Hong Chen) и его коллеги использовали сходный подход, но вместо белков-опсинов, чувствительных к свету той или иной длины волны, «оснастили» мембраны нейронов ионным каналом TRPV1, который реагирует на изменение температуры.
Для контроля над температурой биологи использовали сфокусированный пучок слабого ультразвука. Такая процедура не требует вскрытия черепа: излучатель фиксируется на нужном участке головы, и ультразвуковые волны способны проникать глубоко внутрь, стимулируя даже те нейроны, которые в принципе недоступны методам оптогенетики. «Поскольку метод неинвазивный, он в принципе может быть масштабирован для применения на крупных животных, а потенциально — и на человеке», — подчеркнули авторы работы.
