Sitemap

Свет может воздействовать на нейроны, что может вызвать болезнь Альцгеймера, эпилепсию и другие расстройства, если они перестанут работать.

Мозг содержит миллиарды нейронов — крошечных клеток, которые используют электрические импульсы и химические сигналы для связи друг с другом и другими частями тела.

Когда нейроны перестают работать должным образом, это может привести к развитию мозговых расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, эпилепсия или депрессия.

Чтобы лучше понять эти расстройства и справиться с ними, ученые разрабатывают методы стимуляции мозга, которые позволяют им влиять на нейронную активность.

В традиционных методах глубокой стимуляции мозга электрические нейростимуляторы или «кардиостимуляторы мозга» хирургическим путем имплантируются в мозг.

Поскольку наука о мозге продолжает развиваться, исследователи разрабатывают менее инвазивные методы стимуляции клеток глубоко внутри мозга.

В то время как некоторые эксперты использовали магнитные импульсы или звуковые волны для стимуляции нейронов, исследователи в области оптогенетики использовали свет.

Лауреат премии Science и PINS в области нейромодуляции Шуо Чен, доктор философии, получил признание за свою работу в этой области.

«Доктор. Чен и его коллеги показали, что ближний инфракрасный свет в сочетании с определенными наночастицами позволяет стимулировать нейроны глубоко в мозгу».Др.Об этом сообщил профессор биоинженерии, психиатрии и поведенческих наук Стэнфордского университета Карл Дейссерот.

«Необходимо проделать дополнительную работу, чтобы сделать этот процесс надежным и полезным, — сказал он, — но доктор Чен и его коллеги сделали ключевой шаг».

Инженерия светочувствительных клеток мозга

Дейссерот является одним из ведущих пионеров оптогенетики, метода, при котором клетки мозга генетически конструируются так, чтобы они реагировали на свет.

В этом методе стимуляции мозга ученые переносят фрагменты генетического кода, полученного из водорослей и других микробов, в клетки мозга мышей или других животных.Этот генетический код заставляет нейроны производить светочувствительные белки, известные как опсины.

Когда ученые подвергают нейроны, продуцирующие опсин, воздействию определенных длин волн видимого спектра, эти нейроны включаются или выключаются.

Активируя или подавляя определенные нейроны, исследователи могут больше узнать о роли этих нейронов в функционировании мозга и его нарушениях.

«Таким образом, причинная роль и функциональное значение клеточной активности могут быть определены для любого интересующего вида, ткани или поведения, начиная от памяти и заканчивая настроением и движением».— сказал Дейссерот.

«Оптогенетика дает непревзойденные возможности говорить на естественном языке мозга с точки зрения специфичности и скорости клеток», — добавил он.

Разработка неинвазивных методов

Нейроны, продуцирующие опсин, реагируют только на свет видимого спектра, который не может проникнуть глубоко в ткань мозга.

В результате оптогенетическая стимуляция исторически требовала введения волоконно-оптических источников света внутрь мозга.

Чтобы разработать менее инвазивный метод доставки света, Дейссерот и его коллега Полина Аникеева, доктор философии, предложили использовать ближний инфракрасный (БИК) свет.

БИК-свет может проходить через череп и глубоко в мозговую ткань без установки внутренних источников света.Однако свет в ближней ИК-области не вызывает реакции нейронов, вырабатывающих опсин.

Чтобы использовать способность света NIR проникать в ткани, Дейссерот и Аникеева разработали запатентованный метод покрытия нейронов, продуцирующих опсин, крошечными наночастицами, которые преобразуют свет NIR в свет видимого спектра.Этот метод известен как преобразование с повышением частоты NIR.

Чен и его исследовательская группа применили этот метод, впервые показав, что оптогенетика ап-конверсии NIR может использоваться для управления нейронами глубоко в мозгу мышей.

Исследовательская группа Чена использовала эту технику для стимуляции высвобождения дофамина в области мозга, которая, как считается, играет роль в депрессии.

«Преодоление проблемы глубины оптического проникновения станет ключом к реализации неинвазивной дистанционной оптогенетики с высоким клиническим трансляционным потенциалом».Чен написал в своемпризовое эссепо теме.

«Наше недавнее исследование решило эту проблему, применив подход с использованием наноматериалов, который «переносит» существующие инструменты оптогенеза в ближний инфракрасный диапазон», — добавил он.

Применение стимуляции мозга у людей

В то время как ученые продолжают исследовать оптогенетику на мышах, рыбках данио и других животных, она не изучалась как средство для лечения заболеваний головного мозга у людей.

Необходимо проделать дополнительную работу по разработке и тестированию неинвазивных методов доставки света, а также неинвазивных стратегий переноса генетического кода в клетки мозга.

«Слишком рано предсказывать, какая техника окажется на переднем крае технологии неинвазивной стимуляции мозга следующего поколения»,Об этом Чен заявил в пресс-релизе, опубликованном Американской ассоциацией содействия развитию науки.

«Однако мы считаем, что такие достижения, как оптогенетика ап-конверсии NIR, быстро открывают многочисленные пути развития и прокладывают путь к светлому терапевтическому будущему», — продолжил он.

Тем временем другие методы неинвазивной стимуляции мозга также разрабатываются, тестируются и используются на людях.

«Существуют неинвазивные методы, не требующие генной терапии, такие как транскраниальная магнитная и электрическая стимуляция, которые уже широко используются на людях на экспериментальной основе».Эд Бойден, доктор философии, профессор нейротехнологии в Массачусетском технологическом институте (MIT), рассказал Healthline.

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — это неинвазивная процедура, при которой магнитные поля используются для стимуляции нервных клеток головного мозга.Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) ужеразрешенныймаркетинг ТМС как средства лечения большой депрессии, а также обсессивно-компульсивного расстройства и мигрени.

Члены исследовательской группы Бойдена также провели исследование транскраниальной электрической стимуляции (ТЭС), неинвазивного подхода к стимуляции мозга, при котором электроды помещаются на кожу головы.Они надеются, что этот метод позволит им достичь клеток глубоко внутри мозга с большей точностью, чем ТМС.

Все категории: блог