Сонотермогенетика: новый метод активирует нейроны мозга, сочетая ультразвук и генетику
Лечение неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и эпилепсия, с помощью глубокой стимуляции мозга имеет некоторый успех, но для этого пока что в большинстве случаев требуется хирургическое вмешательство и имплантация стимулирующего устройства. Команда Вашингтонского университета (Washington University) разработала новый метод стимуляции мозга с помощью фокусированного ультразвука, способного включать и выключать определённые типы нейронов и точно контролировать двигательную активность без имплантов и сложных инвазивных процедур.
Команда под руководством Хуна Чэня (Hong Chen), доцента кафедры биомедицинской инженерии в Школе инженерии МакКелви (McKelvey School of Engineering), впервые представила прямые доказательства возможности неинвазивной активации нейронов в мозге млекопитающего с помощью сочетания эффекта нагрева, вызванного ультразвуком, и генетики. Это также первая работа, показавшая, что сочетание ультразвука и генетики может надёжно контролировать поведение, стимулируя конкретную цель глубоко в мозге.
Результаты трёхлетнего исследования опубликованы в журнале Brain Stimulation 11 мая 2021 года.
Чэнь и его команда внедрили вирусный вектор, содержащий ионные каналы TRPV1, в генетически отобранные нейроны подопытных мышей. Затем, используя компактное носимое устройство, они направляли узкий пучок тепла с помощью низкоинтенсивного сфокусированного ультразвука на выбранные нейроны в мозге. Тепло — всего на несколько градусов выше температуры тела — активировало ионный канал TRPV1, который действовал как переключатель для включения или выключения нейронов. Таким образом, учёные смогли контролировать поведение мышей.
«Мы можем перемещать ультразвуковое устройство, надеваемое на голову свободно передвигающихся мышей, чтобы воздействовать на различные участки всего мозга. Поскольку эта методика неинвазивна, она может быть распространена на крупных животных и, возможно, на людей в будущем»,