Эпилепсию – хроническое заболевание головного мозга – иногда приходится лечить оперативным путем, удаляя участок мозга с патологическим очагом. Сейчас ученые исследуют возможности нового и менее инвазивного метода лечения эпилепсии – оптогенетического
Эпилепсия – распространенное неврологическое заболевание, с характерными повторяющимися приступами, во время которых тело больного сводит судорогами, возможна потеря сознания и провалы в памяти. Такие приступы обусловлены избыточной активностью нейронов эпилептогенного очага. Генерируемый этими клетками мозга гиперсинхронный разряд заглушает обычный для нейронных цепей «разговор» с помощью электрических импульсов. Он может захватывать большие участки мозга, при этом нервным центрам и мышцам посылаются хаотичные сигналы.
У многих больных эпилепсию удается держать под контролем с помощью лекарственных препаратов, но не у всех. В случае лекарственно-устойчивой патологии приходится удалять участок мозга, где локализован эпилептиформный очаг – источник «ненормальной» активности. Есть еще один подход – стимуляция определенных зон мозга с помощью имплантированных электродов.
Сейчас в случае лекарственно-устойчивой эпилепсии в качестве реальной альтернативы все чаще рассматривается новый, оптогенетический метод контроля судорожной активности мозга.
Оптогенетика – это методика контроля активности клеток, в первую очередь нейронов, с помощью света. Такой подход обычно используют в исследовательских целях для изучения функций головного мозга, но есть пример и медицинского применения, когда у слепого пациента с пигментным ретинитом удалось частично восстановить зрение. Суть метода состоит во внедрении в нейроны генно-инженерными методами особых белков – опсинов, реагирующих на свет с определенной длиной волны, которые служат своего рода «включателями» клеточной активности. Таким образом можно воздействовать на работу мозга.
Существует множество нейробиологических исследований с применением методов оптогенетики на животных моделях, но применительно к человеку такое вмешательство пока является исключением. Оптогенетика оказалась эффективной для прекращения судорожной активности в животных моделях заболеваний, но был необходим эксперимент на тканях головного мозга человека. Такой эксперимент был недавно проведен учеными из США, которые использовали для проверки нового метода участок мозга, удаленный в ходе операции у больного с эпилепсией.
Ткани мозга гиппокампа человека с эпилептиформным очагом помещали в питательную среду, напоминающую спинномозговую жидкость. Полученную культуру размещали на подложке из очень маленьких электродов, расположенных на расстоянии 17 мк друг от друга, которые могли улавливать электрические разряды взаимодействующих нейронов.
Малейшее перемещение могло исказить результаты, поэтому исследователи разработали систему дистанционного управления для подачи световых импульсов и регистрации электрической активности нейронов.
Для доставки в нейроны генетического конструкта ученые использовали вектор на основе безопасного аденоассоциированного вируса, который нес трансген HcKCR1, кодирующий белок родопсин – калий-селективный светочувствительный ионный канал. При активации светом с длиной волны 530 нм родопсин гиперполяризует мембрану нейронов (делает мембранный потенциал клетки отрицательным), что снижает вероятность возникновения всплесков активности.
Создавая тканям мозга условия для повышенной возбудимости, ученые тестировали эффективность ее торможения с помощью этой оптогенетической конструкции. Оценив с использованием флуоресцентного микроскопа, нейроны какого типа и в каком количестве стимулируют патологическую активность, они определили минимальную интенсивность света, необходимую для изменения электрической активности нейронов в живой мозговой ткани.
Судя по полученным результатам, оптогенетический подход может быть достаточно эффективно использован для изменения активности нейронов человека. Исследования на этой или похожих платформах должны помочь преодолеть разрыв между исследованиями на животных и применением метода оптогенетики к человеку.
Публикации по теме:
«Википедия мозга» против слабоумия, психических заболеваний и мозговых «катастроф»
Фото: https://www.rawpixel.com