Оптогенетика – один из самых прогрессивных и мощных инструментов в руках нейробиологов. Он позволяет контролировать активность отдельно взятых нейронов с помощью световых импульсов. Но нет предела идеалу – ученые из Стентфорда придумали, как его улучшить. Обновленный вариант методики назвали соноптогенетикой и описали его в журнале PNAS.
Иллюстрации, описывающие метод. Wu et al., PNAS
Высокая специфичность и точность – главные отличительные черты оптогенетики. Другая ее особенность – чрезвычайная сложность реализации. Для контроля активности отдельно взятых нейронов необходимо имплантировать инвазивные волноводы. Это связано с тем, что фотоны не способны проникать глубоко в ткани, и световая стимуляция извне невозможна.
Концепция сонооптогенетики подразумевает введение нано-источников света прямо в кровоток, а когда необходимо, стимулирование ультразвуком того, чтобы происходило светоизлучение. Это исключает необходимость хирургических манипуляций, таких как разрез скальпа и краниотомия. Еще одним отличием является то, что для оптогенетки используются потенциал-зависимые ионные каналы, тогда как сонооптогенетика оперирует механохемилюменисцентными наночастицами.
Наноразмерные светоизлучающие частицы вводятся внутривенно, с током крови они переносятся в головной мозг и обеспечивают точечную индукцию светоизлучения в миллисекундном масштабе для оптогенетической нейромодуляции под воздействием фокусированного ультразвука.
В отличие от традиционных подходов «ввода снаружи» в оптогенетике с имплантацией волокон, новый метод обеспечивает подход «изнутри наружу» для доставки наноскопических излучателей света через внутреннюю систему кровообращения и включения/выключения их в любое время и в любом интересующем месте в мозг без экстравазации через минимально инвазивный ультразвуковой интерфейс.
Текст: Дарья Тюльганова
Sono-optogenetics facilitated by a circulation-delivered rechargeable light source for minimally invasive optogenetics by Xiang Wu, Xingjun Zhu, Paul Chong, Junlang Liu, Louis N. Andre, Kyrstyn S. Ong, Kenneth Brinson Jr, Ali I. Mahdi, Jiachen Li, Lief E. Fenno, Huiliang Wang, and Guosong Hongin PNAS. Published December 2019