Оптохемогенетика – это новая технология, позволяющая активировать светочувствительные каналы внутри мозга с помощью лекарственного соединения, вводимого через нос.
Такой прием необходим для того, чтобы врачи видели четкую 3Д картину мозга и видели все его нарушения или различные заболевания. Ведь, как мы знаем, такие заболевания, как инсульт сложно поддаются лечению, особенно в последнее время очень часто возникает, на фоне лечения первого инсульта, его повторное появление, которые может привести к серьезным последствиям.
После того, как лекарственное соединение проникло в мозг, оно взаимодействует с белком Gaussia luciferase (или люцифераза) на модифицированных ионных каналах – в данном случае с белком канала родопсина, VChR1.
При этом GLuc излучает свет, заставляя VChR1 открываться и пропускать ионы натрия внутрь нейрона, стимулируя тем самым клетку.
Трансплантация клеток, как способ борьбы с различными заболеваниями мозга
Трансплантация клеток открывает многообещающий путь к восстановлению после различных заболеваний мозга, например, инсульта, но такие привитые клетки сталкиваются с суровой окружающей средой внутри организма-хозяина, с повышенным содержанием свободных радикалов и провоспалительных цитокинов, ухудшением кровоснабжения и ухудшением неврологических связей.
Поэтому ученые создали новый метод, который будет помогать таким стволовым клеткам интегрироваться в нейронную схему организма после имплантации.
На сегодняшний день учения и исследования по стволовым клеткам растут с немыслимой скоростью, так как это новый этап в лечении не только различных заболеваний головного мозга, но и других заболеваний органов и тканей организма.
Стволовые клетки – это клетки, выделенные непосредственно из организма хозяина, которые способны восстанавливать пораженные ткани и органы, так как они «дают начало» всем остальным типам клеток организма.
Ученые давно знают, что стимулирование пересаженных нейронных стволовых клеток стимулирует их дифференцировку в нейроны и связь с соседними клетками.
Многие исследователи обращаются к оптогенетике для «возбуждения» привитых стволовых клеток.
Однако, и у подобного метода есть свой существенный недостаток - поскольку свет плохо проходит через плотные ткани, метод требует, чтобы исследователи вставляли лазер непосредственно в мозг для лучшего проникновения света.
Тогда ученые нашли выход: они встроили в нужные нейронные клетки белок, способный экспрессировать фермент – люциферазу, который дарит светлячкам и медузам свечение.
Исследователи вводили такие нейронные прогениторные клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ППСК), в мозг лабораторных животных, пораженных инсультом. Клетки были генетически сконструированы для экспрессии синтетического белка люминопсин-3 (LMO3), полученного из биолюминесцентного фермента люциферазы и светочувствительного белка VChR1.
Люминопсин (LMO3) активировался в ответ либо на физический свет, либо на молекулу CTZ, которая может неинвазивно проникать через нос в ткани головного мозга.
Такой белок как раз может быть встроен в возбуждающие или тормозные каналы нейронов для стимуляции или подавления функции клеток.
Именно такой метод ученые и окрестили "оптохемогенетикой".
Исследование оптохемогенетики на больных лабораторных животных
Ученые решили сравнить такой метод лечения со световой стимуляцией мозга и без нее. Для этого они разделили лабораторных животных на две группы исследования:
Одну, из которых лечили введением нейронных прогениторных клеток, экспрессировавших белок люминопсин, без дополнительной стимуляцией
Другая же группа лабораторных животных также лечилась введением данных клеток, но с дополнительной световой стимуляцией мозга.
И были выявлены следующие результаты:
По сравнению с клетками, привитыми к мышам, которые не получали никакой стимуляции, клетки второй группы обработанных животных формировали больше связей с соседними нейронами.
Эти клетки также выросли в более большие колонии аксонов, что способствовало увеличению скорости передачи сигнала между нейронами и восстановлению поврежденных связей между областью таламуса и корой головного мозга
Набор поведенческих тестов показал, что прошедшие лечение лабораторные животные также восстановили утраченную сенсомоторную функцию в течение нескольких недель (то есть восстановили высокую чувствительность и ловкость конечностей).
Заключение
Обеспечение выживания клеток остается одной из главных задач в лечении инсульта стволовыми клетками.
А также, способность стимулировать стволовые клетки через носовое введение лекарственного препарата стало прекрасным методом обеспечения распространения данного препарата в пораженной области и стимулирование всех привитых (или введенные в мозг) клеток.
Такой метод, как оптохемогенетика, позволит в будущем не только лечить такие заболевания, как инсульт, но и будет восстанавливать поврежденные нервные клетки и волокна.
