Итальянские ученые из Международной школы передовых исследований SISSA разработали метод, который позволяет им активировать отдельные нейроны, действуя светом на наноразмерные диоды на их поверхности. Такой метод поможет изучить функции нервной системы, что в будущем поспособствует разработке новых терапевтических стратегий для лечения неврологических заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Коротко об этом рассказывает партнерский портал Inscience.News.
В настоящее время большой интерес вызывает изучение нервной системы. Для этого необходимы очень точные технологии, которые при этом были бы малоинвазивными. Сейчас для исследования функций нейронов используют металлические электроды либо оптогенетику — комбинацию методов генной инженерии и оптических технологий. Тем не менее эти подходы не всегда удобны и обладают своими недостатками.
Итальянские ученые предложили новый подход, основанный на применении наноразмерных светодиодов, которые закрепляются на поверхности определенных нейронов. Эти диоды загораются под действием инфракрасного излучения, которое способно проходить сквозь ткани. После этого диоды могут передать электрический импульс конкретному нейрону, активируя его. Для того чтобы диод прикрепился к нужному нейрону, на устройство прикрепляется специфическое антитело, благодаря чему диод успешно «находит» клетки. Особенность данного подхода в том, что он позволяет активировать только определенный тип нейронов — это позволяет выяснить его функции.
Ученые проверили свой подход, работая с фрагментами спинного мозга, которые культивировались вне организма. Исследователи изучали роль сенсорных нейронов в явлении боли. Они показали, что их подход позволяет выборочно стимулировать отдельные клетки, например нейроны с противоположными функциями — возбуждающей или ингибирующей. Так, активировав возбуждающий нейрон в заднем роге спинного мозга, ученые наблюдали усиление болевого сигнала, а при действии на ингибиторный нейрон эффект был противоположным. Что интересно, активация только одного нейрона влечет за собой активацию всех подобных нейронов.
Исследователи убеждены, что этот эффективный подход к активации отдельных нейронов через нанодиоды поможет более точно описать нейросенсорные цепи, установить роли отдельных нервных клеток. Такие фундаментальные знания будут важны для разработки терапевтических подходов к лечению неврологических заболеваний.
Текст: Елизавета Перепелица
Agnes Thalhammer and Mario Fontanini and Jiuyun Shi and Denis Scaini and Luca Recupero and Alexander Evtushenko and Ying Fu and Suraj Pavagada and Andrea Bistrovic-Popov and Ljiljana Fruk and Bozhi Tian and Laura Ballerini. Distributed interfacing by nanoscale photodiodes enables single-neuron light activation and sensory enhancement in 3D spinal explants.
Science Advances, 2022
doi = 10.1126/sciadv.abp9257