Термогенетика помогла покрутить мышей ультразвуком

Американские ученые разработали метод стимуляции глубоких нейронов с помощью фокусированного ультразвука. Мышам в нейроны полосатого тела доставили ионный канал, который способен открываться и закрываться под воздействием тепла. После ультразвуковой стимуляции этой области мозга мыши крутились на месте. Исследование опубликовано в Brain Stimulation.

Недавно мы рассказывали о новых успехах оптогенетики: слепому пациенту частично восстановили зрение. Для этого в сетчатку доставили светочувствительные ионные каналы, которые затем активировали. Таким методом можно управлять не только клетками сетчатки, но и нейронами головного мозга. С помощью оптогенетики ученые пробовали лечить ранние признаки болезни Альцгеймера, пока только у мышей. Животные не могли актуализировать недавний опыт (как и люди с болезнью Альцгеймера). После воздействия лазера на нейроны мыши снова могли вспоминать недавно пережитое.

Близкая к оптогенетике область — термогенетика — использует для воздействия термочувствительный канал из семейства TRP. При определенной температуре эти каналы начинают пропускать ионы, активируя нейрон, в котором они расположены. Несколько лет назад мы писали об успехах российских ученых. Они разработали технологию, позволяющую эффективно возбуждать единичные нейроны при помощи лазера, излучающего в инфракрасном диапазоне. В экспериментах ученые использовали белок TRPA1 змей, который обладает повышенной чувствительностью к нагреванию и проводимостью. Появление нового метода вызвало большой интерес, так как он может помочь лечить неврологические заболевания неинвазивно. Перед исследователями стояла задача воздействовать на глубокие нейроны в мозге. Этого позволяет добиться фокусированный ультразвук: он не только глубоко проникает в нижележащие ткани, но и позволяет активировать нейроны локально.

Хун Чэнь (Hong Chen) с коллегами из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решил разработать метод стимуляции нейронов, залегающих глубоко в мозге, используя ультразвук. Для этого ученые доставили в нейроны термочувствительный канал TRPV1. Температура его активации — 42 градуса Цельсия. Она ненамного отличается от температуры тела, поэтому позволила бы активировать канал, не причиняя вреда организму. Чтобы посмотреть, можно ли стимуляцией канала добиться активации нейронов, ученые ввели аденовирусный вектор для доставки ионного канала в полосатое тело одной половины мозга. Таким образом они хотели активировать базальные ганглии и заставить мышей двигаться.

Воздействие на полосатое тело фокусированного ультразвука побудило мышей крутиться на одном месте, при этом стимуляция другой половины мозга, где термочувствительных каналов не было, не вызвала двигательной активности (p < 0,001). Ученые проанализировали морфологию нейронов и убедились, что ни они, ни окружающие ткани мозга не пострадали во время стимуляции.

Метод стимуляции нейронов, разработанный исследователями, показал свою эффективность и безопасность, поэтому ученые возлагают на него большие надежды. Он может помочь не только в изучении работы головного мозга, но и в неинвазивном лечении неврологических заболеваний.

Исследователи уже давно применяют ультразвук для стимуляции нейронов, но без доставки в них термочувствительных каналов. Американские ученые воздействовали ультразвуком на фронтальное глазодвигательное поле обезьян и обнаружили, что животные выбирали зрительные объекты, которые появлялись в контралатеральной половине поля зрения, тогда как без стимуляции выбор обуславливал порядок появления стимулов.

Анастасия Кузнецова