Американські вчені продемонстрували можливість глибокого контролю мозкових клітин тварин за допомогою оптогенетики без хірургічного втручання. Технологія передбачає доставлення високочутливих опсинів за допомогою введення вірусних векторів у кровотік та активацію нейронів світлом через череп. Винахід опубліковали у журналі Nature Biotechnology.
Що таке оптогенетика?
Оптогенетикою називають метод дослідження, під час якого активність клітин мозку контролюють за допомогою світла. Для цього нейрони генетично модифікують, додаючи до них ген, який змушує їх виробляти світлочутливі білки опсини. Реагуючи на світлові імпульси, опсини впливають на потік іонів всередину та назовні клітин, завдяки чому можуть активувати або гальмувати нейрони, у залежності від типу світлочутливих білків. Оптогенетику використовують як неоціненний інструмент для вивчення нейронних шляхів мозку, визначення регуляції складної поведінки та навіть для створення хибних спогадів у мишей. Щоб імпульси світла дійшли до нейронів, зазвичай необхідно вживити в мозок імплантати - оптоволоконний провід, бездротовий імплант чи спинномозковий. Проте вчені зі Стенфордського університету вдосконалили технологію і знайшли спосіб обходитися без імплантатів.
Що винайшли науковці?
Раніше цього року інша група науковців продемонструвала, що оптогенетику можна використовувати і з мінімально інвазивним втручанням. Для цього потрібно порбурити в черепі лише невеликий отвір, через який можна контролювати нейрони синім світлом до шести міліметрів углибину. Але цей підхід потребує використання опсинів, що повільно й поетапно активує нейрони.
Стенфордські вчені відшукали ефективніший і неінвазивний спосіб. Вони змусили нейрони продукувати потужніший опсин ChRmine. Після цього - освітили ззовні череп червоним світлом, який активував нейронні мережі на глибині до семи міліметрів. Завдяки цьому науковці змогли активувати та гальмувати клітини зі швидкістю всього кілька мілісекунд.
Як використали технологію?
Далі дослідники перевірили ефективність їхнього винаходу в дослідах на мишах. Зазвичай ген опсину доставляють в мозкові клітини за допомогою ін’єкції безпосередньо в мозок. Натомість у новому дослідженні науковці використали вірус PHP, який можна ввести у кровотік. Він проникає гематоенцефалічний бар’єр і доставляє ген опсину до потрібного місця.
Завдяки новій технології оптогенетики, вчені швидко і точно змогли зупинити епілептичні напади у піддослідних мишей. У другому досліді вони успішно увімкнули нейрони, що продукують серотонін, та вплинули на соціальну поведінку тварин.
Надалі автори зосередяться на тестуванні винаходу на рибах та приматах, що виведе нейробіологічні дослідження на якісно новий рівень.