Sonogenetica: tehnica viitorului pentru tratamentul unor afecțiuni neurologice

Cercetătorii de la Institutul Salk au conceput celulele de origine mameliană care pot fi activate folosind ultrasunete la frecvențe sigure. Metoda, pe care cercetătorii au folosit-o pentru a activa celulele umane într-un vas și celulele creierului din interiorul șoarecilor vii, deschide calea către versiuni non-invazive de stimulare profundă a creierului și pentru dezvoltarea de stimulatoare cardiace și pompe de insulină.
În 2015, grupul de cercetătorii de la Institutul Salk a arătat că, la viermele rotund caenorhabditis elegans, o proteină numită TRP-4 face celulele sensibile la ultrasunetele de joasă frecvență. Atunci când cercetătorii au adăugat TRP-4 neuronilor C. elegans care de obicei nu îl aveau, au putut activa aceste celule cu o explozie de ultrasunete.

Când cercetătorii au încercat să adauge TRP-4 la celulele de origine mameliană, totuși, proteina nu a reușit să facă celulele să răspundă la ultrasunete. S-a raportat faptul că unele proteine ​​de mamifere sunt sensibile la ultrasunete, dar niciuna nu părea ideală pentru utilizare clinică. Din acest motiv, cercetătorii și-au propus să caute o nouă proteină de origine mameliană care a făcut celulele extrem de sensibile la ultrasunete la frecvențe de 7 MHz, considerată o frecvență optimă și sigură.

Cercetătorii au adăugat sute de proteine ​​diferite, una câte una, la o linie celulară comună de cercetare umană (HEK), care de obicei nu răspunde la ultrasunete. Apoi, au pus fiecare cultură de celule într-o configurație care le permite să monitorizeze modificările celulelor la stimularea cu ultrasunete. După analize ample, oamenii de știință au găsit în sfârșit unul care a făcut celulele HEK sensibile la frecvența ultrasunetelor de 7 MHz. TRPA1, o proteină canal, era cunoscută că permite celulelor să răspundă la prezența compușilor nocivi și să activeze o serie de celule din corpul uman, inclusiv celulele creierului și ale inimii. Același canal s-a deschis și ca răspuns la ultrasunetele din celulele HEK.

Pentru a testa dacă acest canal ar putea activa alte tipuri de celule ca răspuns la ultrasunete, echipa a folosit o abordare de terapie genică pentru a adăuga genele pentru TRPA1 uman la un grup specific de neuroni din creierul șoarecilor vii. Atunci când au administrat ultrasunete șoarecilor, doar neuronii cu genele TRPA1 au fost activați.

Clinicienii care tratează afecțiuni neurologice folosesc în prezent stimularea profundă a creierului, care implică implantarea chirurgicală de electrozi în creier, pentru a activa anumite subseturi de neuroni. Autorii studiului actual spun ca sonogenetica ar putea înlocui într-o zi această abordare. Următorul pas ar fi dezvoltarea unei metode de livrare a terapiei genice care să poată traversa bariera hemato-encefalica, lucru care este deja studiat.

sursa: Science Daily
foto: Neuroni (magenta) în creierul șoarecelui. Laboratorul Chalasani a făcut ca neuroni specifici să exprime TRPA1 (alb), astfel încât să poată fi activați ​​prin ultrasunete. Credit: Salk Institute