في البداية ، استخدم علماء سالك الموجات الصوتية للتحكم في خلايا الدماغ

في البداية ، استخدم علماء سالك الموجات الصوتية للتحكم في خلايا الدماغ

تقنية جديدة لتشغيل مجموعات من الخلايا العصبية في الديدان بشكل انتقائي وغير باضع يمكن أن تكون نعمة للعلم والطب

طور علماء LA JOLLA-Salk طريقة جديدة لتنشيط الدماغ والقلب والعضلات والخلايا الأخرى بشكل انتقائي باستخدام الموجات فوق الصوتية. التقنية الجديدة ، التي يطلق عليها علم الجينات الصوتية ، لها بعض أوجه التشابه مع الاستخدام المتزايد للضوء لتنشيط الخلايا من أجل فهم الدماغ بشكل أفضل.

قد يكون لهذه الطريقة الجديدة - التي تستخدم نفس النوع من الموجات المستخدمة في تخطيط الصدى الطبي - مزايا أكثر من النهج القائم على الضوء - المعروف باسم علم البصريات الوراثي - خاصة عندما يتعلق الأمر بتكييف التكنولوجيا مع العلاجات البشرية. تم وصفه في 15 سبتمبر 2015 في المجلة طبيعة الاتصالات.

يقول "التقنيات المعتمدة على الضوء رائعة لبعض الاستخدامات وأعتقد أننا سنستمر في رؤية التطورات على هذا الصعيد" سريانث تشالاساني، أستاذ مساعد في Salk's معمل البيولوجيا العصبية الجزيئية وكبير مؤلفي الدراسة. "ولكن هذه أداة إضافية جديدة للتعامل مع الخلايا العصبية والخلايا الأخرى في الجسم."

في علم البصريات الوراثي ، يضيف الباحثون بروتينات قناة حساسة للضوء إلى الخلايا العصبية التي يرغبون في دراستها. من خلال تسليط ليزر مركز على الخلايا ، يمكنهم فتح هذه القنوات بشكل انتقائي ، إما تنشيط أو إسكات الخلايا العصبية المستهدفة. لكن استخدام نهج علم البصريات الوراثي على الخلايا العميقة في الدماغ أمر صعب: عادة ، يتعين على الباحثين إجراء عملية جراحية لزرع كابل ألياف بصرية يمكنه الوصول إلى الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يتشتت الضوء عن طريق الدماغ والأنسجة الأخرى في الجسم.

قرر Chalasani ومجموعته معرفة ما إذا كان بإمكانهم تطوير نهج يعتمد بدلاً من ذلك على الموجات فوق الصوتية من أجل التنشيط. "على عكس الضوء ، يمكن أن تنتقل الموجات فوق الصوتية ذات التردد المنخفض عبر الجسم دون أي تشتت" ، كما يقول. يضيف ستيوارت إبسن ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر شالاساني والمؤلف الأول للعمل الجديد: "قد تكون هذه ميزة كبيرة عندما تريد تحفيز منطقة عميقة في الدماغ دون التأثير على مناطق أخرى".

لأول مرة تستخدم الموجات الصوتية للتحكم في خلايا المخ. طور علماء سالك التقنية الجديدة ، التي يطلق عليها علم الوراثة الصوتية ، لتشغيل مجموعات من الخلايا العصبية في الديدان بشكل انتقائي وغير باضع ، والتي يمكن أن تكون نعمة للعلم والطب.

معرفة المزيد للحصول على صورة عالية الدقة.

الصورة: بإذن من معهد سالك للدراسات البيولوجية

أظهر Chalasani وزملاؤه ذلك لأول مرة في الديدان الخيطية Caenorhabditis ايليجانس، كانت الفقاعات الدقيقة من الغاز خارج الدودة ضرورية لتضخيم الموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة. يقول إبسن: "تنمو الفقاعات الدقيقة وتنكمش بالتوافق مع موجات الضغط فوق الصوتية". "يمكن لهذه التذبذبات بعد ذلك أن تنتشر بشكل غير باضع في الدودة."

بعد ذلك ، وجدوا قناة أيون غشائية ، TRP-4 ، يمكنها الاستجابة لهذه الموجات. عندما تنتشر التشوهات الميكانيكية الناتجة عن اصطدام فقاعات الغاز بالموجات فوق الصوتية في الدودة ، فإنها تتسبب في فتح قنوات TRP-4 وتنشيطها. مسلحًا بهذه المعرفة ، حاول الفريق إضافة قناة TRP-4 إلى الخلايا العصبية التي لا تمتلكها عادةً.
باستخدام هذا النهج ، نجحوا في تنشيط الخلايا العصبية التي لا تتفاعل عادةً مع الموجات فوق الصوتية.

حتى الآن ، تم تطبيق علم الوراثة الصوتية فقط على جيم ايليجانس الخلايا العصبية. لكن يمكن إضافة TRP-4 إلى أي نوع من الخلايا الحساسة للكالسيوم في أي كائن حي بما في ذلك البشر ، كما يقول تشالاساني. بعد ذلك ، يمكن حقن الفقاعات الدقيقة في مجرى الدم ، وتوزيعها في جميع أنحاء الجسم - وهو أسلوب مستخدم بالفعل في بعض تقنيات التصوير البشري. يمكن أن تصل الموجات فوق الصوتية بعد ذلك بشكل غير جراحي إلى أي نسيج مهم ، بما في ذلك الدماغ ، ويتم تضخيمه بواسطة الفقاعات الدقيقة ، وتنشيط الخلايا موضع الاهتمام من خلال TRP-4. ويشير إلى أن العديد من الخلايا في جسم الإنسان يمكن أن تستجيب لتدفقات الكالسيوم التي يسببها TRP-4.

يقول تشالاساني: "ستكون الجائزة الحقيقية هي معرفة ما إذا كان هذا يمكن أن ينجح في دماغ الثدييات". بدأت مجموعته بالفعل في اختبار هذا النهج على الفئران. "عندما نحقق قفزة في علاجات البشر ، أعتقد أن لدينا فرصة أفضل باستخدام مناهج الجينات الصوتية غير الغازية مقارنة بعلم البصريات الوراثي."

ويضيف أن كل من نهج علم البصريات الوراثي وعلم الوراثة الصوتية يبشر بالخير في البحث الأساسي من خلال السماح للعلماء بدراسة تأثير تنشيط الخلية. كما أنها قد تكون مفيدة في العلاج من خلال تنشيط الخلايا المصابة بالمرض. ومع ذلك ، لكي يتم استخدام أي من الأسلوبين في البشر ، يحتاج الباحثون أولاً إلى تطوير طرق آمنة لتوصيل الضوء أو القنوات الحساسة للموجات فوق الصوتية للخلايا المستهدفة.

الباحثون الآخرون في الدراسة هم ستيوارت إبسن وأدا تونغ من معهد سالك ، وكارولين شوت وصادق إيسنر من معهد سالك. جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.

تم دعم العمل والباحثين المشاركين من قبل زمالة Salk Institute Pioneer Fund لما بعد الدكتوراه ، ومنحة Salk Institute Innovation Grant ، و مؤسسة ريتا ألينأطلقت حملة مؤسسة WM Keck و المعاهد الوطنية للصحة.