Нейробиолог Карл Дейссерот совместно с учёными из Массачусетского технологического института представил минимально инвазивный метод воздействия на клетки мозга, основанный на оптогенетике. Метод позволил остановить приступы эпилепсии у мышей и стимулировать выработку серотонина.
Оптогенетика представляет собой метод исследования нервных клеток при помощи опсинов — светочувствительных белков, которые встраиваются в мембрану клетки. Опсины присутствуют у многих животных в сетчатке глаз, кроме того, они есть у водорослей. Для внедрения опсинов в мембраны используется генная инженерия. Для последующей активации нейронов используются лазеры, оптоволокно и другая оптическая аппаратура.
Если на мозг воздействовать светом с определенной длиной волны, то нейроны со встроенными опсинами будут активироваться, либо, напротив, их импульсы будут подавлены. Оптогенетика использовалась для картирования головного мозга, для определения того, как регулируется сложное поведение у животных, для создания ложных воспоминаний у мышей и многого другого.
Первые эксперименты по оптогенетике провёл в 2004 году нейробиолог Карл Дейссерот. Спустя 16 лет он смог применить оптогенетику для управления клетками мозга без хирургического вмешательства.
Ранее в большинстве случаев для воздействия световыми импульсами на клетки мозга необходимо было внедрение имплантатов. В апреле сотрудник Массачусетского технологического института Гопин Фэн и его коллеги вместе с Дейссеротом впервые продемонстрировали минимально инвазивную оптогенетическую систему. Для неё требуется просверлить небольшое отверстие в черепе, после чего можно управлять нейронами в головном мозге с помощью синего света.
В последнем исследовании Дейссерот и его коллеги попытались использовать оптогенетику более глубокого проникновения без хирургического вмешательства. Команда из Стэнфорда встроила в клетки мозга мышей новый, более мощный опсин под названием ChRmine, обнаруженный командой Дейссерота в прошлом году в морском организме и реагирующий на красный свет. С помощью красного света учёные смогли активировать нейронные цепи в среднем мозге и стволе мозга. Нейроны реагировали на свет с точностью до миллисекунды.
«Технология действительно сработала, причём гораздо лучше, чем мы ожидали», — заявил Дейссерот.
Затем команда проверила эффективность системы. Воздействие светом позволило им остановить приступы эпилепсии у мышей, а также «включить» нейроны, продуцирущие серотонин, чтобы стимулировать социальное поведение животных.
Большинство оптогенетических методов предусматривает инъекции выбранного гена опсина непосредственно в мозг. Чтобы избежать этого, команда Стэнфордского университета использовала вирус, разработанный в Калифорнийском технологическом институте, который можно вводить в кровь. Вирус способен пересекать гематоэнцефалический барьер, успешно проникать в мозг через кровоток и доставлять гены опсинов в клетки нервной системы. В этом случае даже доставка гена неинвазивна — игла не проникает в мозг.
Команда Дейссерота сейчас тестирует неинвазивную технику на рыбах и планирует испытать её на приматах.
«Мы надеемся, что это будет широко доступный и повсеместно применяемый исследовательский инструмент. Мы рады поделиться этой возможностью со всеми», — отмечает Дейссерот.
