В лабиринтах нашего мозга существуют различные пути, по которым перемещаются нейронные сигналы. Эти пути могут быть нарушены у пациентов с неврологическими и психиатрическими заболеваниями, включая эпилепсию, болезнь Паркинсона и обсессивно-компульсивное расстройство. Исследователи разработали новые терапевтические стратегии, чтобы точнее нацелиться на нужные нервные пути, участвующие в механизмах этих заболеваний, но они часто требуют хирургического вмешательства.
Последние результаты из лаборатории Михаила Шапиро, доцента кафедры химической инженерии и Крисси Чен из Калифорнийского технологического института, показывают, как ученые и врачи могут в будущем выборочно включать и выключать нейронные цепи без хирургического вмешательства. Новое исследование, опубликованное 9 июля в онлайн-издании Nature Biomedical Engineering, демонстрирует, как новый метод может быть использован для конкретного изменения формирования памяти у мышей. Метод включает в себя три терапии: ультразвуковые волны, генную терапию и синтетические наркотики.
“Используя звуковые волны и известные генетические методы, мы впервые можем неинвазивно контролировать определенные области мозга и типы клеток, а также время включения или выключения нейронов”, – говорит Шапиро
Идея тонкой настройки нейронных цепей не нова – например, в оптогенетике используется свет для управления областями мозга с помощью имплантированных оптических волокон. Новым аспектом метода Шапиро являются звуковые волны. Лаборатория Шапиро ранее использовала звуковые волны для отображения и контроля функции искусственных клеток внутри тела.
В новом исследовании звуковые волны используются в сочетании с небольшими пузырьками, вводимыми в кровь, чтобы временно открыть гематоэнцефалический барьер – защитный слой, который предотвращает попадание в мозг некоторых веществ из крови, особенно тех, которые могут быть вредными.
“Когда ультразвуковые волны ударяют по пузырькам, происходит вибрация, которая удерживает гематоэнцефалический барьер открытым в течение короткого периода времени”, – говорит Ежи Шабловски, соавтор нового исследования и докторант в лаборатории Шапиро.
Временное открытие гематоэнцефалического барьера – первый шаг в новой трехкомпонентной стратегии управления нейронными цепями. При открытом гематоэнцефалическом барьере команда может использовать уже генную терапию. Вирус, помещенный в кровь, проходит гематоэнцефалический барьер, а затем доставляет генетические инструкции в нужные клетки. Эти генетические инструкции кодируют белки, называемые хемогенетическими рецепторами. Последним шагом в этом процессе является введение препарата и включение или выключение определенных нейронов.
В новом исследовании ученые продемонстрировали технику, направленную на нейроны гиппокампа, формирующие память у мышей. Когда мышам давали хемогенетический препарат, происходило отключение этих нейронов, в результате чего мыши временно теряли способность формировать новые воспоминания.
“Это впечатляющий, инновационный подход, который будет полезен многим нейробиологам”, – говорит профессор фармакологии Брайан Рот из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле, изобретатель некоторых первых хемогенетических белков, который не участвовал в исследовании.
Исследователи надеются продолжить испытания на животных с моделями таких заболеваний, как эпилепсия. Много пациентов с эпилепсией в настоящее время проходят хирургическое лечение. С помощью нового метода определенные области мозга теоретически могут быть временно отключены без хирургического вмешательства.
“Этот метод является обратимым”, – говорит Шабловски. “Вы можете ввести препарат, чтобы отключить интересующие нервные клетки, но со временем эти клетки снова включатся. Вы также можете выполнить дозирование препарата, чтобы определить степень отключения требуемой области мозга.”
Новое исследование биомедицинской инженерии было профинансировано институтом медицинских исследований Heritage, Институтом молекулярной инженерии Jacobs и агентством передовых исследовательских проектов Defense.
Читать: https://skytechnews.ru/vklyuchenie-i-vyklyuchenie-nejronnyh-tsepej-bez-hirurgii/
