Биологи научились «включать» нейроны ультразвуком

Молекулярные биологи из Института Салка в Калифорнии разработали технологию, которая позволяет избирательно управлять активностью нейронов с помощью ультразвука. По аналогии с методом оптогенетики, где для той же задачи используется свет, авторы назвали свой метод соногенетикой. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Метод основан на использовании для активации нейронов механорецепторов — трансмембранных белков, которые открываются для ионов при механическом воздействии, например, при растяжении клеточной мембранны, в которой они находятся. В оптогенетике аналогичную роль выполняют белки каналродопсины, которые реагируют на облучение светом. Открытие канала приводит к устремлению в клетку ионов кальция, деполяризации мембраны и, в конце концов, срабатыванию («активации») нейрона в форме серии спайков.

Для открытия механоцепторов авторы использовали ультразвук — примерно той же энергии, что применяется в медицинской диагностики. Ультразвук гораздо лучше света проникает в ткани, поэтому удаленную активацию нейронов в мозге потенциально можно проводить вообще без какой-либо хирургической операции (которая требуется в оптогенетике).

Однако разница между каналродопсинами и механорецепторами, как обнаружили авторы, еще и в том, что для активации механорецепторов недостаточно одного только ультразвукового облучения. Авторы новой работы обнаружили, что в качестве усилителя воздействия ультразвука можно использовать нанопузырьки воздуха в липидных мицеллах. Введенные в организм, они практически свободно распространяются по тканям, концентрируют на себе воздействие звуковых волн и позволяют активировать механорецепторы.

На данный момент ученые испытали технологию активации нейронов на круглых червях Caenorhabditis elegans, Авторы статьи наблюдали за активацией нервной системы с помощью флюоресцентных маркеров и управляли движением червя. Нервная система Caenorhabditis elegans хорошо изучена, и, как у всех нематод, содержит счетное число нейронов. Механорецептор, который использовался в работе (TRP-4), является собственным рецептором червей, но может быть довольно легко клонирован в любой эукариотический организм. Однако перенос технологии на более сложные и крупные организмы также потребует исследования механизма распостранения нанопузырьков в их тканях и проверки того, как они воздействуют на физиологию организма.