A „sonogenetika” teljes agykontrollt biztosít ultrahang és genetika segítségével

Az optogenetikában a specifikus idegsejtek módosulnak olyan fényérzékeny fehérjék előállítására, amelyek aktiválja a cellát amikor fénytől eltalálják őket. A fő hátrány az, hogy nehéz a fényt mélyen az agyba juttatni. Az ultrahang viszont mindenhová eljuthat - és ha elég erős - közvetlenül aktiválja bármi. Ha volt mód arra, hogy az ultrahangot egyes idegsejtekre szelektívvé tegyék, másokra azonban nem, akkor valaki meggazdagodhat.

Írja be a sonogenetikát, a 2015-ös év vadonatúj idegtudományi technikáját. Használatához egyszerűen ugyanazt a géntechnológiát alkalmazza, amelyet a fényérzékeny fehérjék bevezetéséhez használna, de ehelyett beindul a rezgésérzékeny fehérjékbe. Ha erre képes vagy, csodálatos dolog történhet: feltéve, hogy az ultrahangos energiát szép biztonságos szintre állítja, jóval a küszöbérték alá, amely normál esetben bármilyen idegsejt-ugrást eredményezne, csak azokat az idegsejteket célozhatja meg, amelyeknek bevezetett divatos mechanoreceptorok.

Az első kutatók, akik teljesen felfogják ezt a promethese hatalmat az elméjükben, és a laboratóriumban valóban felhúzzák a technikát, jégeső a kaliforniai Salk intézet és az UCSD részéről. Tegnap írok a folyóiratban Tudomány, szonogenetikát vittek ki próbaútra a féregben. Annak érdekében, hogy teljes mértékben megbecsüljük, mit tehet most a féreg értünk, próbálja elképzelni, milyen lenne keresztnéven lenni, ha az idegrendszerében található mintegy 100 milliárd idegsejt van. Ha az egyes idegsejteknek csak azt a feladatot bízta meg, hogy tudatában legyen önmagának, akkor majdnem képes lesz rá. Sajnos valószínűleg nem tudna másra koncentrálni.

A körömféreg használatának szépsége c. Elegans az, hogy a kutatók, akik megélnek, tanulmányozzák a 302 idegsejtjük mindegyikét. Ezt a fajta ismeretséget soha nem szabad lebecsülni. Nem csak a kutatók pontosan tudják (vagy legalábbis jó elképzeléseik vannak) azokról a viselkedési formákról, amelyeket ezek a neuronok mindegyike irányít vagy detektál. Jellemzően ezek a viselkedések bizonyos típusú hajlítások vagy fordulatok kombinációi formájában jelentkezhetnek, válaszul egy adott ingerosztályra. A dolgok tetejére számos technikával is rendelkezésükre állnak, hogy szinte minden vágyott gént át tudnak vinni gyakorlatilag bármely idegsejtbe vagy idegsejt-részcsoportba, és ezáltal a megfelelő fehérjét expresszálják, mintha az a sajátjuk lenne.

Az itt végzett kísérletekhez több ravasz genetikai manipulációra volt szükség. Először annak érdekében, hogy kiderüljön, miként érzékelik a férgek az ultrahangot, a kutatók kiütötték a szokásos gyanúsítottak egy részét. Ezek a férgek köztudottan csak hat neuronban expresszálják a mechanoszenzitív ioncsatornák bizonyos csoportját, nevezetesen a TRP-4-et: négy érzékszervi idegsejtben és két úgynevezett interneuronban, amelyek kizárólag dopaminnal foglalkoznak. A dopamin itt nem igazán kritikus; csak megemlítjük, mert néhány ember felizgul érte. Ezek a TRP-4 csatornák, hasonlóan sok tipikusan mechano-érzékeny ioncsatornához, általában a sejt külső plazmamembránjába ágyazódnak. Amikor megnyúlnak, kinyílnak, és végső soron „lőhetik” a cellát.

Amikor a kutatók ultrahanggal elütötték azokat a férgeket, akikből hiányzott a TRP-4, a féreg reakciója jelentősen csökkent. Ez a válasz még mindig alacsony szinten volt, de eléggé visszaesett ahhoz, hogy elhitessék velük, hogy a TRP-4 fontos szereplő. Ennek bizonyítására a fehérjét kulcsfontosságú szenzoros neuronokban fejezték ki, amelyekből általában hiányzik a fehérje.

sonogenetika

Nehogy bárki is kételkedjen abban, hogy az ilyen jellegű manipulációk alig hiányoznak a varázslatból, a kutatók feljebb vették a dolgokat. Már meg tudták állapítani, hogy a férgek azért észlelték az ultrahangot, mert azok az újonnan vert mechanoszenzitív idegsejtek végül ugyanolyan viselkedést váltottak ki, mint általában más ingerek esetén. Ezeknek a hatásoknak a szubcelluláris szinten történő számszerűsítése érdekében a kutatók ugyanazokat az idegsejteket erősítették speciális kalcium-érzékeny fehérjékkel, amelyek aktiválódásukkor láthatóan fluoreszkálnak (legalábbis gyors és érzékeny körzetben).

Van egy csóválás ebben az egészben, amit a végére hagytunk. Ez azért van, mert a fentiekben szereplő fő hiba egyben a fő jellemzője is. Annak érdekében, hogy az ultrahangos energiát hatékonyan párosítsuk a féreg testébe - és páronként bármilyen amplifikációt vagy fókuszt is értünk - a féreg a perfluorohexán mikrobuborékok tengerébe ágyazódott. Ezek a csupán néhány mikron átmérőjű buborékok szokásos ultrahangos kiegészítők, amelyek a kontraszt egyszerű növelése mellett sok mindenre képesek. Ha megfelelő frekvenciával, erővel és csúcs negatív nyomással (fénytöréssel) éri őket, akkor szinkronban hajlíthatnak és rezonálhatnak. Optimális buborékbővítést találtunk MPa körüli csúcsnyomás mellett 10 ms-os impulzusok esetén 2,25 MHz frekvencián.

2,5 MPa nyomás felett azt találták, hogy az inerciális kavitáció és az azt követő sokkhullámok rontják a sejtmembrán integritását. Azonban a csúcsnyomás nem az egyetlen, ami lehozhatja a sejteket. Teljesítmény szempontjából a kutatók óvatosságra intettek, hogy ne lépjék túl a szövetek hőmérsékleti határértékeit. A hőelem-érzékelők segítségével 0,1 ° C-nál alacsonyabb hőmérséklet-emelkedést tapasztaltak, ami szerintük a férgek nem valószínű, hogy éreznék magukat. Ez több okból is jó: jó tudni, hogy az idegsejteket nem fogják halálra főzni, és az is fontos, hogy tudjuk, hogy a férgek inkább a mechanikai, mint a hőhatásokra reagáltak.

Az általunk említett tulajdonság az, hogy ha megfordítja a mikrobuborék geometriáját - más szóval, a mikrobuborékokat az állatba helyezi, az állat helyett a mikrobuborékokba -, akkor megfordítható módja van az egész bekapcsolásának. A buborékok, esetleg az emberi véráramok befecskendezésével a vérbe körülbelül 60 perces ablakot kap a játék. A kutatók valószínűleg nincsenek abban a helyzetben, hogy állításokat hozzanak arról, hogy mi történik az összes mikrobuborékkal. Ha azonban feltételezzük, hogy kapilláris ágyakra korlátozódnak, fel lehet becsülni az idegsejtek aktiválási tartományát.

Valójában a szerzők azt mondják, hogy mivel a kutikula alatt nagyjából 25 μm-es neuronok újabb 0,5 μm féregbőrön keresztül aktiválódtak, a mechanikus deformációnak bőségesen be kell hatolnia. Ha a legtöbb saját idegsejtünk kapillárisból csupán 20 μm távolságra van, optimisták lehetünk, a technikát ki lehetne terjeszteni a hozzánk hasonló magasabb rendű lényekre is.

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com