‘Sonogenetics’ tagab ultraheli ja geneetika abil täieliku ajukontrolli

Optogeneetikas modifitseeritakse spetsiifilisi neuroneid valgustundlike valkude tootmiseks, mis lahtri aktiveerimine kui neid tabab valgus. Peamine puudus on see, et valgust on raske sügavalt ajusse saada. Ultraheli seevastu võib jõuda kõikjale - ja kui see on piisavalt tugev - otse aktiveerida midagi. Kui oleks võimalik ultraheli teha mõne neuroni jaoks valikuliseks, kuid teiste jaoks mitte, võib keegi rikkaks saada.



Sisestage sonogenetika, 2015. aasta uhiuus neuroteaduste tehnika. Selle kasutamiseks rakendate lihtsalt sama natuke geenitehnoloogiat, mida kasutaksite valgustundlike valkude sisseviimiseks, kuid lisate selle asemel vibratsioonitundlikke valke. Kui teil on võimalik seda teha, võib juhtuda imeline asi: tingimusel, et valite ultraheli võimsuse kenale ohutule tasemele, mis on palju madalam kui künnis, mis tavaliselt hüppab neuroneid, saate sihtida just neid neuroneid, kellele te tutvustasite uhked mehaanoretseptorid.

Esimesed teadlased, kes selle prometeetilise jõu tervikuna oma mõtetest täielikult haaravad, tõmbavad selle tehnika laboris lahti, rahe California Salki instituudist ja UCSD-st. Eile kirjutamine ajakirjas Teadus , viisid nad ussiga proovisõiduks sonogeneetika. Et hinnata täielikult seda, mida uss nüüd meie heaks teha saab, proovige ette kujutada, mis tunne oleks olla eesnimepõhiselt kõigi umbes 100 miljardi närvisüsteemi neuroniga. Kui paneksite igale neuronile ülesandeks olla iseendast teadlik, võiksite sellega peaaegu hakkama saada. Kahjuks ei saanud te tõenäoliselt keskenduda muule.

Ümarussi kasutamise ilu c. Elegans on see, et teadlastel, kes seda uurivad, on tegelikult oma 302 neuroni jaoks meeldiv nimi. Sellist tuttavust ei tohiks kunagi alahinnata. Vähe sellest, teadlased teavad täpselt (või on neil vähemalt hea ettekujutus) sellist käitumistüüpi, mida igaüks neist neuronitest kontrollib või tuvastab. Tavaliselt võib selline käitumine esineda teatud tüüpi paindumiste või pöörete kombinatsioonidena vastusena konkreetsele stiimulite klassile. Kõige tipuks on nende käsutuses ka mitmesugused tehnikad peaaegu kõigi soovitud geenide ülekandmiseks praktiliselt igasse neuronisse või neuronite alamhulka, pannes nad vastavat valku ekspresseerima, justkui see oleks nende enda oma.



Siinsete katsete jaoks oli vaja mitut kavalat geneetilist manipuleerimist. Esiteks, teadlaste koputamiseks, kuidas ussid ultraheli tajuvad, koputasid mõned tavalised kahtlusalused välja. Need ussid ekspresseerivad teadaolevalt teatud mehaaniliselt tundlike ioonkanalite klassi, nimelt TRP-4, ainult kuues neuronis: neljas sensoorses neuronis ja kahes nn interneuronis, mis tegelevad ainult dopamiiniga. Dopamiin pole siin tegelikult kriitiline; me lihtsalt mainime seda, sest mõned inimesed on sellest vaimustuses. Need TRP-4 kanalid, nagu paljud tavaliselt mehaaniliselt tundlikud ioonkanalid, on tavaliselt kinnitatud raku välimisse plasmamembraani. Kui nad venivad, avanevad nad ja võivad lõpuks raku 'tulistada'.

Kui teadlased tabasid ultraheliga usse, kellel puudus TRP-4, vähenes ussi reaktsioon märkimisväärselt. See vastus oli endiselt madalal tasemel, kuid see langes piisavalt, et panna neid uskuma, et TRP-4 on peamine mängija. Selle tõendamiseks ekspresseerisid nad valku sensoorsetes neuronites, kus valk tavaliselt puudub.



sonogeneetika

Et keegi ei kahtleks, et sedalaadi manipulatsioonidel pole maagiat napilt, tõstsid teadlased asjad püsti. Nad said juba kindlaks teha, et ussid avastasid ultraheli, kuna need äsja vermitud mehaaniliselt tundlikud neuronid tekitasid lõpuks samasugust käitumist nagu tavaliselt teiste stiimulite puhul. Nende mõjude kvantifitseerimiseks subtsellulaarsel tasandil suurendasid teadlased neid samu neuroneid spetsiaalsete kaltsiumitundlike valkudega, mis aktiveerimisel nähtavalt fluorestseeruvad (vähemalt siis, kui neid nähakse kiiresti ja tundlikult).

Selles kõiges on üks vingerdamine, mille jätsime lõpuni. Sellepärast, et kõige ülaltoodu peamine viga on ka selle peamine omadus. Ultraheli jõu tõhusaks ühendamiseks ussikehas - ja paari all mõeldakse ka igasugust amplifikatsiooni või fookustamist - uss oli varjatud perfluoroheksaani mikromullide merre. Need vaid mõne mikroni läbimõõduga mullid on standardsed ultraheli lisaseadmed, mis suudavad lisaks kontrastsuse suurendamisele teha palju asju. Kui tabate neid õige sageduse, võimsuse ja maksimaalse alarõhuga (murdumisega), saavad nad sünkroonis painduda ja resoneerida. Leiti optimaalne mulli laienemine maksimaalse rõhu juures umbes MPa 10 ms impulsside korral sagedusel 2,25 MHz.



2,5 MPa rõhu ületamisel leiti, et inertsiaalne kavitatsioon ja sellele järgnenud lööklained kahjustasid rakumembraani terviklikkust. Kuid tipprõhk pole ainus, mis võib raku alla viia. Võimsuse seisukohalt olid teadlased ettevaatlikud, et mitte ületada koe temperatuuri piire. Termopaarandurite abil leidsid nad temperatuuri tõusu alla 0,1 ° C, mida usuvad ussid tõenäoliselt mitte tunnetavat. See on hea mitmel põhjusel: on tore teada, et neuroneid ei keeta surnuks, samuti on kriitiline teada, et ussid reageerisid pigem mehaanilistele kui termilistele mõjudele.

Nüüd on meie mainitud funktsioon see, et kui pöörate mikromullide geomeetriat - teisisõnu panete mikromullid looma, mitte looma mikromullidesse -, saate kogu asja sisselülitamiseks pöörduva võimaluse. Süstides mullid vereringesse, võib-olla isegi inimeste verevooludesse, saate mängimiseks umbes 60-minutilise akna. Teadlastel pole tõenäoliselt mingeid võimalusi esitada väiteid selle kohta, mis juhtub kõigi mikromullidega. Kuid kui eeldatakse, et need piirduvad kapillaaride vooditega, võib hinnata nende ulatust neuronite aktiveerimiseks.

Tegelikult ütlevad autorid, et kuna umbes 25 μm küünenaha all olevad neuronid aktiveeriti veel 0,5 μm ussinaha kaudu, peaks mehaanilisel deformatsioonil olema ulatuslik läbitungivus. Kui enamiku meie enda neuronite kapillaaride keskmine kaugus on vaid 20 μm, võime olla optimistlikud, et tehnikat saaks laiendada ka kõrgematele olenditele nagu me ise.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com