‘Sonogenetics’ pruža cjelovitu kontrolu mozga pomoću ultrazvuka i genetike

U optogenetici su specifični neuroni modificirani da proizvode svjetlosno osjetljive proteine ​​koji aktivirati stanicu kad ih pogodi svjetlost. Glavni nedostatak je taj što je teško uvući svjetlost duboko u mozak. S druge strane, ultrazvuk može doći svugdje - i ako je dovoljno jak - izravno aktivirati bilo što. Da postoji način da ultrazvuk učinim selektivnim za neke neurone, ali ne i za druge, netko bi se mogao obogatiti.

Uđite u sonogenetiku, potpuno novu tehniku ​​godine neuroznanosti iz 2015. godine. Da biste ga koristili, jednostavno primijenite isti dio genetskog inženjeringa koji biste koristili za uvođenje proteina osjetljivih na svjetlost, ali umjesto toga ubacujete proteine ​​osjetljive na vibracije. Ako ste u mogućnosti to učiniti, može se dogoditi prekrasna stvar: pod uvjetom da ultrazvučnu snagu spustite na lijepu sigurnu razinu, razinu znatno ispod praga koja bi normalno mogla poskočiti bilo koji neuron, možete ciljati upravo one neurone s kojima ste se upoznali otmjeni mehanoreceptori.



Prvi istraživači koji su u potpunosti shvatili ovu prometnu moć u cjelini i zapravo izveli tehniku ​​u laboratoriju, pozdravili su kalifornijski institut Salk i UCSD. Pisanje jučer u časopisu Znanost, izveli su sonogenetiku na probnu vožnju u crvama. Da bismo u potpunosti procijenili što crv sada može učiniti za nas, pokušajte zamisliti kako bi bilo biti na prvom mjestu sa svih 100-ak milijardi neurona u vašem živčanom sustavu. Ako ste svakom neuronu zadali samo zadatak da bude svjestan sebe, možda biste to mogli i učiniti. Nažalost, vjerojatno se ne biste mogli koncentrirati na puno drugo.



Ljepota korištenja okruglog crva c. Elegans, jest da istraživači koji zarađuju za život proučavajući ga zapravo imaju simpatično ime za svakog od njegovih 302 neurona. Ta vrsta poznavanja nikada ne smije biti podcijenjena. I ne samo to, istraživači točno znaju (ili barem imaju dobru predodžbu) o vrstama ponašanja koja svaki od tih neurona kontrolira ili otkriva. Ta se ponašanja obično mogu pojaviti u obliku kombinacija određene vrste savijanja ili okreta kao odgovor na određenu klasu podražaja. Uz sve to, na raspolaganju imaju i razne tehnike za prijenos gotovo svakog gena koji žele u praktički bilo koji neuron ili podskup neurona, zbog čega izražavaju odgovarajući protein kao da je njihov vlastiti.



Za eksperimente ovdje bilo je potrebno nekoliko lukavih genetskih manipulacija. Prvo, kako bi shvatili kako crvi osjećaju ultrazvuk, istraživači su izbacili neke od uobičajenih osumnjičenih. Poznato je da ti crvi izražavaju određenu klasu mehanosezibilnih ionskih kanala, naime TRP-4, u samo šest neurona: Četiri osjetna neurona i u dva takozvana interneurona koji djeluju isključivo na dopamin. Dopamin ovdje zapravo nije kritičan; samo ga spominjemo jer se neki ljudi zbog toga uzbude. Ti TRP-4 kanali, poput mnogih tipično mehanički osjetljivih ionskih kanala, obično su ugrađeni u vanjsku plazemsku membranu stanice. Kad se istegnu, otvore se i u konačnici mogu ‘ispaliti’ ćeliju.

Kad su istraživači tada ultrazvukom pogodili crve kojima nedostaje TRP-4, odgovor crva se značajno smanjio. Ovaj je odgovor još uvijek bio na niskoj razini, ali pao je dovoljno da ih natera da vjeruju da je TRP-4 glavni igrač. Da bi to dokazali, izrazili su protein u ključnim osjetnim neuronima kojima obično nedostaje protein.

sonogenetika



Da nitko ne bi sumnjao da ove vrste manipulacija nemaju samo magiju, istraživači su to uskočili. Već su mogli utvrditi da su crvi otkrili ultrazvuk jer su ti novokovani mehanosensibilni neuroni na kraju generirali iste vrste ponašanja koje inače rade za druge podražaje. Da bi zatim kvantificirali ove učinke na subćelijskoj razini, istraživači su pojačali te iste neurone posebnim proteinima osjetljivim na kalcij koji vidljivo fluoresciraju (barem kad se vide u brzom i osjetljivom opsegu) kada se aktiviraju.

U svemu tome postoji jedno vrckanje, koje smo ostavili za kraj. To je zato što je glavna greška u svemu navedenom ujedno i njegova glavna značajka. Kako bi se ultrazvučna snaga učinkovito povezala s tijelom crva - a pod parnim podrazumijevamo i svako pojačanje ili fokusiranje u njemu - crv je bio ugrađen u more mikrofiltera s perfluoroheksanom. Ti mjehurići, promjera samo nekoliko mikrona, standardni su ultrazvučni dodaci koji mogu učiniti mnogo toga, uz jednostavno pojačavanje kontrasta. Kad ih udarite ispravnom frekvencijom, snagom i vršnim negativnim tlakom (lom), mogu se sinkronizirati i rezonirati. Pronađena su optimalna širenja mjehurića s vršnim tlakovima od oko MPa tijekom impulsa od 10 ms na frekvenciji od 2,25 MHz.

Utvrđeno je da su tlakovi od 2,5 MPa iznad inercijske kavitacije i sljedećih udarnih valova koji su narušili integritet stanične membrane. Međutim, vršni tlak nije jedina stvar koja može srušiti stanicu. S gledišta moći, istraživači su bili oprezni da ne prijeđu granice temperature tkiva. Koristeći senzore s termoelementima, otkrili su porast temperature manji od 0,1 ° C, što pretpostavljaju da crvi vjerojatno neće osjetiti. To je dobro iz nekoliko razloga: lijepo je znati da se neuroni neće kuhati do smrti, a također je važno znati da su crvi reagirali na mehaničke učinke, a ne na termičke učinke.

Sad, značajka koju smo spomenuli je da ako preokrenete geometriju mikro-mjehurića - drugim riječima, stavite mikro-mjehuriće u životinju umjesto životinje u mikro-mjehuriće - dobit ćete reverzibilan način da cijelu stvar uključite. Ubrizgavanjem mjehurića u krvotok, možda čak i ljudski krvotok, dobit ćete prozor od oko 60 minuta za igru. Istraživači vjerojatno nisu u poziciji da tvrde o tome što se događa sa svim mikro mjehurićima. Međutim, ako se pretpostavi da su ograničeni na kapilarne slojeve, moglo bi se procijeniti njihov domet za aktiviranje neurona.

U stvari, autori kažu da bi se, budući da su neuroni otprilike 25 μm ispod kutikule aktivirani kroz još 0,5 μm kože crva, mehaničke deformacije trebale imati dovoljnu penetraciju. S prosječnim udaljenostima od samo 20 μm za većinu vlastitih neurona od kapilare, mogli bismo biti optimistični da bi se tehnika mogla proširiti i na viša stvorenja poput nas.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com