: 20.10.2024
Новая технология управления активностью мозга с помощью магнитных полей
Ученые давно научились изучать и изменять работу мозга в режиме реального времени как в исследовательских, так и в терапевтических целях. Новая магнитогенетическая технология позволит управлять работой нейронных цепей без инвазивного вмешательства
Многие десятилетия изучение работы нервной системы преимущественно заключалось в экстраполяции данных, полученных на простых модельных системах, на более сложные – такие как головной мозг млекопитающих. Однако научно-технические достижения последних лет позволили перейти к прямому изучению функционирования сложного мозга, включая мозг человека.
Среди этих достижений – технологии визуализации клеточных процессов, а также выборочной стимуляции активности определенных нервных клеток и мозговых структур. Последние методы можно использовать не только для решения исследовательских задач, но и при лечении заболеваний нервной системы. Так, для терапии пациентов с болезнью Паркинсона уже используется электростимуляция и глубокая стимуляция мозга.
Более точно модулировать работу определенных популяций нейронов позволяет метод оптогенетики, при котором к нейронам доставляют гены светочувствительных белков. В результате с помощью воздействия светом, испускаемым имплантированным в мозг волоконно-оптическим имплантатом, удается менять активность нужных нервных клеток.
В рамках хемогенетического подхода в ткани вводят генно-инженерные конструкции, на основе которых в клетках синтезируются синтетические белки-рецепторы. Встраиваясь в мембраны нейронов, такие белки запускают каскады молекулярных событий в ответ на ввод конкретного вещества. Этот метод проще предыдущего, однако процесс хемогенетической регуляции идет довольно медленно.
Обе эти технологии подходят для исследований на животных, но непригодны в случае человека. Альтернативой может стать новая магнитогенетическая технология, которая разрабатывается группой ученых под руководством исследователей из США. Она вполне безопасна, не требует инвазивного вмешательства и работает быстро.
В используемой генно-инженерной конструкции, созданной на базе аденоассоциированного вируса, закодирована генетическая информация о мембранном белке TRPV1, представляющем собой ионный канал, который активируется при изменении температуры, и связанном с ним антителоподобном белке Nb. Последний белок способен связываться с эндогенным ферритином (Ft) – сложным белковым комплексом, служащим у млекопитающих внутриклеточным депо железа. Ранее ученые уже использовали подобную генно-инженерную конструкцию в своих экспериментах, только в ней было закодировано не антитело к ферритину, а сам этот белковый комплекс.
Комплекс Nb-Ft-TRPV1 будет чувствительным к магнитному полю, которое воздействует на захваченные ферритином ионы трехвалентного железа. В результате железо начнет нагреваться, что вызовет открытие ион-проводящей поры термочувствительного канала TRPV1. Через открытый канал в нейрон будут поступать ионы кальция, в результате чего он активируется.
Для подавления работы нейрона нужно использовать другую конструкцию, с геном мутантного белка TRPV1 – такой канал проницаем для ионов хлора, оказывающих ингибирующее действие на работу нервной клетки.
В экспериментах на мышах они ввели такой конструкт в область полосатого тела мозга, контролирующую двигательные функции. Когда животных подвергали действию магнитного поля аппарата МРТ или устройства транскраниальной магнитной стимуляции, нейроны полосатого тела активировались, а двигательная активность мышей уменьшалась или прекращалась.
В другом эксперименте – на мышах-моделях болезни Паркинсона – исследователям удалось понизить активность нейронов в субталамическом ядре мозга, что уменьшило двигательные нарушения у животных. Электростимуляция субталамического ядра уже зарекомендовала себя как эффективный метод при болезни Паркинсона у людей, но пока этот метод требует имплантации электродов в головной мозг.
Эти результаты свидетельствуют, что с помощью магнитогенетических конструкций можно без инвазивных вмешательств и при помощи доступных устройств успешно регулировать активность определенных нейронных цепей. При этом магнитные поля окружающей среды оказываются слишком слабы для их случайного «срабатывания».
Неблагоприятных побочных эффектов от введения и активации Nb-Ft-TRPV1 у мышей не наблюдалось. Это дает надежду, что магнитогенетика может стать не только исследовательским инструментом, но и основой методов терапии неврологических и психиатрических заболеваний человека.
Фото: https://www.flickr.com и https://www.flickr.com
: 20.10.2024 
