Sitemap

Lys kan påvirke neuroner, som kan forårsage Alzheimers sygdom, epilepsi og andre lidelser, hvis de holder op med at virke.

Hjernen indeholder milliarder af neuroner - små celler, der bruger elektriske impulser og kemiske signaler til at kommunikere med hinanden og andre dele af kroppen.

Når neuroner holder op med at fungere korrekt, kan det føre til, at hjernesygdomme som Alzheimers sygdom, epilepsi eller depression udvikler sig.

For bedre at forstå og håndtere disse lidelser har forskere udviklet teknikker til hjernestimulering, der giver dem mulighed for at påvirke neural aktivitet.

I konventionelle metoder til dyb hjernestimulering implanteres elektriske neurostimulatorer eller "hjernepacemakere" kirurgisk i hjernen.

Efterhånden som hjernevidenskaben fortsætter med at udvikle sig, har forskere udviklet mindre invasive metoder til at stimulere celler dybt inde i hjernen.

Mens nogle eksperter har brugt magnetiske impulser eller lydbølger til at stimulere neuroner, har forskere inden for optogenetik brugt lys.

Vinderen af ​​dette års Science and PINS Prize for Neuromodulation, Shuo Chen, PhD, blev anerkendt for sit arbejde på dette område.

"Dr. Chen og kolleger viste, at nær-infrarødt lys, når det blev brugt i kombination med visse nanopartikler, tillod stimulering af neuroner dybt inde i hjernen."Dr.Karl Deisseroth, professor i bioteknik og psykiatri og adfærdsvidenskab ved Stanford University, fortalte Healthline.

"Mere arbejde skal gøres for at gøre dette til en robust og nyttig proces," sagde han, "men Dr. Chen og kolleger tog et vigtigt skridt."

Konstruktion af lysfølsomme hjerneceller

Deisseroth er en af ​​de førende pionerer inden for optogenetik, en teknik, hvor hjerneceller er genetisk manipuleret til at reagere på lys.

I denne metode til hjernestimulering overfører videnskabsmænd dele af genetisk kode, der stammer fra alger og andre mikrober, til hjernecellerne på mus eller andre dyr.Den genetiske kode får neuroner til at producere lys-responsive proteiner, kendt som opsiner.

Når videnskabsmænd udsætter opsin-producerende neuroner for visse bølgelængder af synligt spektrum lys, tænder eller slukker disse neuroner.

Ved at aktivere eller undertrykke specifikke neuroner kan forskere lære mere om den rolle, disse neuroner spiller i hjernens funktion og hjernesygdomme.

"På denne måde kan den kausale rolle og funktionelle betydning af cellulær aktivitet bestemmes i enhver art eller væv eller adfærd af interesse, lige fra hukommelse til humør til bevægelse."sagde Deisseroth.

"Optogenetik giver uovertruffen evne til at tale hjernens naturlige sprog, hvad angår celletypespecificitet og hastighed," tilføjede han.

Udvikling af ikke-invasive teknikker

Opsin-producerende neuroner reagerer kun på lys med synligt spektrum, som ikke kan trænge dybt ind i hjernevæv.

Som et resultat har optogenetisk stimulering historisk set krævet indsættelse af fiberoptiske lyskilder inde i hjernen.

For at udvikle en mindre invasiv metode til lyslevering foreslog Deisseroth og hans kollega Polina Anikeeva, PhD, brugen af ​​nær-infrarødt (NIR) lys.

NIR-lys kan passere gennem kraniet og dybt ind i hjernevæv uden indsættelse af interne lyskilder.NIR-lys udløser dog ikke et svar fra opsin-producerende neuroner.

For at udnytte NIR-lysets vævsgennemtrængende kraft udtænkte Deisseroth og Anikeeva en patenteret metode til belægning af opsin-producerende neuroner i bittesmå nanopartikler, der omdanner NIR-lys til lys med synligt spektrum.Denne teknik er kendt som NIR opkonvertering.

Chen og hans forskerhold anvendte denne metode og viste for første gang, at NIR-opkonverteringsoptogenetik kan bruges til at kontrollere neuroner dybt i hjernen på mus.

Chens forskerhold brugte denne teknik til at stimulere frigivelsen af ​​dopamin i et område af hjernen, der menes at spille en rolle i depression.

"At overkomme udfordringen med optisk penetrationsdybde vil være nøglen til at realisere ikke-invasiv fjernoptogenetik med højt klinisk translationspotentiale,"Chen skrev i sinprisvindende essayom emnet.

"Vores nylige undersøgelse adresserede dette problem ved at anvende en nanomateriale-assisteret tilgang, der 'skifter' de eksisterende optogenetiske værktøjer ind i den nær-infrarøde region," tilføjede han.

Anvendelse af hjernestimulering hos mennesker

Mens forskere fortsætter med at forske i optogenetik i mus, zebrafisk og andre dyr, er det ikke blevet undersøgt som en behandling for hjernesygdomme hos mennesker.

Der skal gøres mere arbejde for at udvikle og teste ikke-invasive metoder til lyslevering, såvel som ikke-invasive strategier til at overføre genetisk kode til hjerneceller.

"Det er for tidligt at forudsige, hvilken teknik der vil dukke op i spidsen for næste generation af ikke-invasiv hjernestimuleringsteknologi,"sagde Chen i en pressemeddelelse udstedt af American Association for the Advancement of Science.

"Men vi tror på, at præstationer som NIR-opkonverteringsoptogenetik hurtigt låser op for adskillige udviklingsruter og baner vejen mod en lys terapeutisk fremtid," fortsatte han.

I mellemtiden bliver andre metoder til ikke-invasiv hjernestimulering også udviklet, testet og brugt i mennesker.

"Der er ikke-invasive metoder, der ikke kræver genterapi, såsom transkraniel magnetisk og elektrisk stimulering, som allerede bruges almindeligt med mennesker på eksperimentel basis."Ed Boyden, PhD, professor i neuroteknologi ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), fortalte Healthline.

Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) er en ikke-invasiv procedure, hvor magnetiske felter bruges til at stimulere nerveceller i hjernen.Food & Drug Administration (FDA) har alleredetilladtmarkedsføringen af ​​TMS som behandling af svær depression, samt tvangslidelser og migrænehovedpine.

Medlemmer af Boydens forskningsgruppe har også forsket i transkraniel elektrisk stimulation (TES), en ikke-invasiv tilgang til hjernestimulering, hvor elektroder placeres på hovedbunden.De håber, at denne teknik vil give dem mulighed for at nå celler dybt inde i hjernen med større præcision end TMS.

Alle kategorier: Blog