התחום החדש של הסונוגנטיקה משתמש בגלי קול כדי לשלוט בהתנהגות תאי המוח

התחום החדש של הסונוגנטיקה משתמש בגלי קול כדי לשלוט בהתנהגות תאי המוח
גלי קול מוצגים כאור זוהר מתנודד. natrot / Shutterstock.com

מה אם לא היית צריך ניתוח כדי להשתיל קוצב לב על לב פגום? מה אם אתה יכול לשלוט ברמות הסוכר בדם ללא זריקת אינסולין, או למתן את הופעת ההתקף מבלי ללחוץ אפילו על כפתור?

אני וצוות מדענים ב המעבדה שלי ב מכון סאלק מתמודדים עם אתגרים אלה על ידי פיתוח טכנולוגיה חדשה המכונה סונוגנטיקה, היכולת לשלוט באופן לא פולשני בפעילות התאים באמצעות צליל.

מאור לצליל

אני מדעני מוח מעוניין להבין כיצד המוח מזהה שינויים בסביבה ומגיב. מדעני המוח מחפשים תמיד דרכים להשפיע על נוירונים במוח חי כדי שנוכל לנתח את התוצאה ולהבין גם כיצד המוח עובד וגם כיצד לטפל טוב יותר בהפרעות במוח.

יצירת שינויים ספציפיים אלה דורשת פיתוח כלים חדשים. בשני העשורים האחרונים הכלי לחקר החוקרים בתחום שלי היה אופטוגנטיקה, טכניקה שבה תאי מוח מהונדסים בבעלי חיים נשלטים באמצעות אור. תהליך זה כולל החדרת סיב אופטי עמוק בתוך מוח החיה כדי להעביר אור לאזור היעד.


 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

כאשר תאי עצב אלה נחשפים לאור כחול, מופעל החלבון הרגיש לאור, ומאפשר לאותם תאי מוח לתקשר זה עם זה ולשנות את התנהגות החיה. לדוגמה, בעלי חיים עם מחלת פרקינסון יכולים להיות נרפא מרעידותיהם הלא רצוניות על ידי אור זורח על תאי מוח שתוכננו במיוחד והופכים אותם לרגישים לאור. אך החיסרון הברור הוא שהליך זה תלוי בהשתלת כבל במוח בניתוח - אסטרטגיה שאי אפשר לתרגם בקלות לאנשים.

המטרה שלי הייתה להבין כיצד לתפעל את המוח מבלי להשתמש באור.

בקרת קול

גיליתי שאולטראסאונד - גלי קול שמעבר לטווח השמיעה האנושית, שאינם פולשניים ובטוחים - היא דרך נהדרת לשלוט בתאים. מכיוון שצליל הוא סוג של אנרגיה מכנית, חשבתי שאם ניתן להפוך את תאי המוח לרגישים מכנית, נוכל לשנות אותם באמצעות אולטרסאונד. מחקר זה הוביל אותנו לגילויו של גלאי מכני חלבון ראשון המופיע באופן טבעי שהפכו את תאי המוח לרגישים לאולטראסאונד.

הטכנולוגיה שלנו עובדת בשני שלבים. ראשית אנו מכניסים חומר גנטי חדש לתאי מוח תקולים באמצעות וירוס כמכשיר מסירה. זה מספק את ההוראות לתאים אלה לייצר את החלבונים המגיבים לאולטרסאונד.

השלב הבא הוא פליטת פעימות אולטרסאונד ממכשיר מחוץ לגוף החיה המכוון לתאים עם החלבונים הרגישים לקול. דופק האולטרסאונד מפעיל מרחוק את התאים.

התחום החדש של הסונוגנטיקה משתמש בגלי קול כדי לשלוט בהתנהגות תאי המוח
טווחי תדרים קוליים לגלי אינפרסאונד, נשמע ואולטראסאונד ובעלי החיים שיכולים לשמוע אותם. אנשים מסוגלים לשמוע רק בין 20 הרץ ל -20,000 הרץ. Designua / Shutterstock.com

הוכחה בתולעים

היינו הראשונים שהראינו איך ניתן להשתמש בסונוגנטיקה להפעלת נוירונים בתולעת מיקרוסקופית שנקראת elegans Caenorhabditis.

בעזרת טכניקות גנטיות זיהינו חלבון טבעי בשם TRP-4 - הקיים בחלק מתאי העצב של התולעת - שהיה רגיש לשינויים בלחץ אולטרסאונד. גלי לחץ קול המתרחשים בטווח הקולי נמצאים מעל הסף הרגיל לשמיעה אנושית. כמה בעלי חיים, כולל עטלפים, לווייתנים ואפילו עש, יכולים לתקשר בתדרים קולי אלה, אך התדרים המשמשים בניסויים שלנו חורגים ממה שאפילו בעלי חיים אלה יכולים לזהות.

הצוות שלי ואני הראינו שנוירונים עם חלבון TRP-4 רגישים לתדרים קולי. גלי קול בתדרים אלה שינו את התנהגות התולעת. שינינו גנטית שניים מ 302 הנוירונים של התולעת והוספנו את הגן TRP-4 ידענו ממחקרים קודמים היה מעורב במכני חישה.

הראינו כיצד פעימות אולטרסאונד יכולות לגרום לתולעים לשנות כיוון, כאילו אנו משתמשים בשלט רחוק של תולעת. תצפיות אלה הוכיחו כי אנו יכולים להשתמש באולטרסאונד ככלי לחקר תפקוד המוח אצל בעלי חיים חיים מבלי להכניס דבר למוח.

שליחת דופק אולטרסאונד לתולעת הנושאת חלבונים רגישים לקול גורמת לה לשנות כיוון:

היתרונות של סונוגנטיקה

ממצא ראשוני זה סימן את לידתה של טכניקה חדשה המציעה תובנות כיצד תאים יכולים להתרגש מקול. בנוסף, אני מאמין שהתוצאות שלנו מצביעות על כך שניתן ליישם סונוגנטיקה כדי לתפעל מגוון רחב של סוגי תאים ופונקציות סלולריות.

ג. אלגנים הייתה נקודת התחלה טובה לפיתוח טכנולוגיה זו מכיוון שהחיה פשוטה יחסית, עם 302 נוירונים בלבד. מתוכם TRP-4 נמצא בשמונה נוירונים בלבד. כדי שנוכל לשלוט על נוירונים אחרים על ידי הוספת תחילה TRP-4 אליהם ואז הפניית אולטרסאונד בדיוק אל הנוירונים הספציפיים הללו.

אך לבני אדם, בניגוד לתולעים, אין את הגן TRP-4. אז התוכנית שלי היא להכניס את החלבון הרגיש לקול לתאים האנושיים הספציפיים שאנחנו רוצים לשלוט בהם. היתרון בגישה זו הוא שאולטרסאונד לא יפריע לתאים אחרים בגוף האדם.

כרגע לא ידוע אם חלבונים שאינם TRP-4 רגישים לאולטרסאונד. זיהוי חלבונים כאלה, אם יש כאלה, הוא אזור של מחקר אינטנסיבי במעבדה שלי ובשטח.

החלק הטוב ביותר בסונוגנטיקה הוא שאינו דורש השתלת מוח. לצורך בדיקת סונוגנטיקה אנו משתמשים בווירוסים מהונדסים באופן מלאכותי - שאינם מסוגלים להעתיק - כדי להעביר חומר גנטי לתאי המוח. זה מאפשר לתאים לייצר חלבונים הרגישים לרעש. נעשה שימוש בשיטה זו להעביר חומר גנטי לדם אנושי ו תאי שריר הלב אצל חזירים.

סונוגנטיקה, אף כי היא עדיין בשלבי התפתחות מוקדמים מאוד, מציעה אסטרטגיה טיפולית חדשה עבור הפרעות הקשורות לתנועה, כולל פרקינסון, אפילפסיה ודיסקינזיה. בכל המחלות הללו תאי מוח מסוימים מפסיקים לעבוד ומונעים תנועות תקינות. Sonogenetics יכול לאפשר לרופאים להפעיל או לכבות תאי מוח במקום או זמן ספציפיים ולטפל בהפרעות תנועה אלה ללא ניתוח מוחי.

כדי שזה יעבוד, אזור היעד של המוח יצטרך להידבק בנגיף הנושא את הגנים עבור החלבון הרגיש לקול. זה נעשה בעכברים אך עדיין לא בבני אדם. הטיפול בגנים משתפר ומדויק יותר, ואני מקווה שחוקרים אחרים יבינו כיצד לעשות זאת עד שנגיע לטכנולוגיה הסונוגנטית שלנו.

הרחבת הסונוגנטיקה

קיבלנו תמיכה משמעותית לקידום הטכנולוגיה הזו, לתדלק את המחקר הראשוני ולהקים צוות בינתחומי.

עם מימון נוסף מסוכנות פרויקטים למחקר מתקדם של ההגנה תוכנית ElectRx, אנו יכולים להתמקד במציאת חלבונים שיכולים לעזור לנו "לכבות" נוירונים. לאחרונה גילינו חלבונים שניתן לתמרן להפעלת נוירונים (עבודה שלא פורסמה). זה חיוני לפיתוח אסטרטגיה טיפולית בה ניתן להשתמש לטיפול במחלות מערכת העצבים המרכזית כמו פרקינסון.

נגיעה בעלה של צמח מימוזה פודיקה מעוררת תגובה מתקפלת הגורמת לסגירת העלים. הצמח רגיש גם לאולטרסאונד שעלול לגרום לאותה תגובה:

הצוות שלנו עובד גם על הרחבת הטכנולוגיה הסונוגנטית. כעת ראינו כי צמחים מסוימים, כמו "לא לגעת בי" (מימוזה פודיקה), רגישים לאולטרסאונד. כשם שידוע כי עלים של צמח זה מתמוטטים ומתקפלים פנימה בעת נגיעה או טלטול, מריחת פעימות אולטרסאונד לענף מבודד מייצרת את אותה תגובה. לבסוף, אנו מפתחים שיטה אחרת לבדיקה אם אולטרסאונד יכול להשפיע על תהליכים מטבוליים כגון הפרשת אינסולין מתאי הלבלב.

Sonogenetics יכול יום אחד לעקוף תרופות, להסיר את הצורך בניתוחים מוחיים פולשניים ולהיות שימושי למצבים שנעים בין הפרעת דחק פוסט-טראומטית והפרעות תנועה לכאב כרוני. הפוטנציאל הגדול לסונוגנטיקה הוא שניתן ליישם טכנולוגיה זו לשליטה כמעט בכל סוג של תאים: מתא מייצר אינסולין בלבלב וכלה בקצב לב.

תקוותנו היא שהסונוגנטיקה מחוללת מהפכה בתחומי מדעי המוח והרפואה.

על המחבר

סריקאנט צ'לאסאני, פרופסור חבר לנוירוביולוגיה מולקולרית (מכון סאלק) ועוזר פרופסור עוזר לנוירוביולוגיה, אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

תחומי ספרים

אולי גם תאהב

שפות זמינות

אנגלית אפריקאנס ערבי הסיני (פשוט) סינית (מסורתית) דני הולנדי פיליפיני פיני צרפתית גרמנית יווני עברי הינדי הונגרי אינדונזי איטלקי יפני קוריאני מלאית נורבגי פרסי פולני פורטוגזי רומנית רוסי ספרדי סוואהילית שבדי תאילנדי תורכי אוקראיני אורדו ויאטנמית

עקוב אחר InnerSelf ב

אייקון פייסבוקאייקון טוויטרסמל YouTubeאייקון אינסטגרםסמל pintrestאייקון rss

 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

עמדות חדשות - אפשרויות חדשות

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | שוק InnerSelf
זכויות יוצרים © 1985 - פרסומי 2021 InnerSelf. כל הזכויות שמורות.