Ar sonogenetika galėtų pakeisti insulino pompas ir širdies stimuliatorius?

Ar sonogenetika galėtų pakeisti insulino pompas ir širdies stimuliatorius?

Įsivaizduokite ateitį, kurioje epilepsijos priepuoliai, šlubuojantys širdys ir diabetas gali būti gydomi ne skalpeliais, dygsniais ir švirkštais, o garsu. Nors tai gali atrodyti kaip mokslinė fantastika, naujas tyrimas rodo, kad tai turi didelį potencialą realiame pasaulyje.

Sonogenetika – ultragarso naudojimas neinvaziškai manipuliuoti neuronais ir kitomis ląstelėmis – yra besiformuojanti studijų sritis, kuri nespecialistams lieka neaiški, tačiau jei pasitvirtins, ji gali paskelbti naują medicinos erą.

Naujame tyrime, paskelbtame m Gamtos komunikacijosmokslininkai iš Salko biologinių tyrimų instituto Kalifornijoje, JAV, aprašo reikšmingą šuolį į priekį šioje srityje, dokumentuodami jų sėkmę kuriant žinduolių ląsteles, kurios būtų aktyvinamos naudojant ultragarsą.

Komanda teigia, kad jų metodas, kurį jie naudojo žmogaus ląstelėms suaktyvinti lėkštelėje ir smegenų ląsteles gyvų pelių viduje, atveria kelią neinvazinėms giliosios smegenų stimuliacijos versijoms, širdies stimuliatoriams ir insulino pompoms.

„Belaidis ryšys yra beveik visko ateitis“, – sako vyresnysis autorius dr. Sreekanthas Chalasani, Salko molekulinės neurobiologijos laboratorijos docentas. “Mes jau žinome, kad ultragarsas yra saugus ir kad jis gali prasiskverbti per kaulus, raumenis ir kitus audinius, todėl jis yra geriausias įrankis manipuliuoti ląstelėmis giliai kūne.”

Chalasani yra meistras, pirmą kartą įkūręs sonogenetikos sritį prieš dešimtmetį.

Jis išsiaiškino, kad ultragarsas – garso bangos už žmogaus klausos diapazono ribų – gali būti panaudotos ląstelių kontrolei. Kadangi garsas yra mechaninės energijos forma, jis manė, kad jei smegenų ląsteles galima padaryti mechaniškai jautrias, tada jas būtų galima modifikuoti ultragarsu.

2015 m. jo tyrimų grupė pirmą kartą sėkmingai pademonstravo teoriją, pridedant baltymo į apvaliųjų kirmėlių ląsteles, Caenorhabditis elegantiškastodėl jie buvo jautrūs žemo dažnio ultragarsui ir taip leido juos suaktyvinti tyrėjų nurodymu.

Tai buvo svarbus pasiekimas aikštės patikimumui, tačiau Chalasani komanda netrukus susidūrė su kliūtimi. Tas pats baltymas, kuris taip sėkmingai jautrino apvaliųjų kirmėlių ląsteles, nesukėlė jokio pastebimo poveikio žinduolių ląstelėse. Nors apvaliųjų kirmėlių kontrolė garsiniu būdu yra neabejotinai šaunu, tačiau jei nebūtų šuolio į žinduolių ląsteles, galima medicinos revoliucija būtų mirusi.

Neapsikentę Chalasani ir jo kolegos pradėjo ieškoti naujo baltymo, kuris veiktų žinduoliams.

Nors jau buvo žinoma, kad kai kurie baltymai yra jautrūs ultragarsui, nė vienas esamas kandidatas nebuvo jautrus kliniškai saugiu 7 MHz dažniu – taigi čia komanda ir nusitaikė.

„Mūsų požiūris skyrėsi nuo ankstesnių ekranų, nes nusprendėme visapusiškai ieškoti ultragarsui jautrių kanalų“, – sako Yusufas Tufailas, buvęs projekto mokslininkas iš Salk ir vienas iš naujojo straipsnio autorių.

Atrankos procesas užtruko daugiau nei metus ir apėmė beveik 300 kandidatų baltymų, kuriuos jie išbandė su įprastos žmogaus tyrimų ląstelių linijos indeliais, tačiau galiausiai komanda pasiekė auksą. TRPA1, kanalo baltymas, leidžiantis ląstelėms reaguoti į kenksmingų junginių buvimą ir suaktyvinti daugybę organizmo ląstelių, buvo nugalėtojas, reaguojantis į 7 MHz ultragarso dažnį.

„Mes buvome tikrai nustebinti“, – sako pirmasis šio straipsnio autorius Marcas Duque’as, Salko mainų studentas. „TRPA1 buvo gerai ištirtas literatūroje, bet nebuvo apibūdintas kaip klasikinis mechaniškai jautrus baltymas, kurį galima tikėtis reaguoti į ultragarsą.

Siekdama patikrinti, ar TRPA1 gali suaktyvinti klinikinės svarbos ląstelių tipus, reaguodama į ultragarsą, komanda naudojo genų terapijos metodą, kad pridėtų žmogaus TRPA1 genus į specifinę neuronų grupę gyvų pelių smegenyse. Po to pelėms paskyrus ultragarsu, buvo suaktyvinti tik neuronai su TRPA1 genais.

Neuronai (rausvai raudoni) pelės smegenyse. Chalasani laboratorijoje specifiniai neuronai išreiškia TRPA1 (baltą), todėl juos galima suaktyvinti ultragarsu. Kreditas: Salko institutas

Šis šuolis nuo teorijos iki fizinio demonstravimo yra didžiulis žingsnis į priekį klestinčiame lauke. Nors dar ankstyvos dienos, Chalasani mano, kad kiti žingsniai yra pasiekiami.

Gydytojai, gydantys ligas, įskaitant Parkinsono ligą ir epilepsiją, šiuo metu taiko giliąją smegenų stimuliaciją, kuri apima chirurginį elektrodų implantavimą į smegenis, kad suaktyvintų tam tikrus neuronų pogrupius. Chalasani teigia, kad sonogenetika vieną dieną galėtų pakeisti šį metodą – kitas žingsnis būtų sukurti genų terapijos pristatymo metodą, galintį pereiti kraujo ir smegenų barjerą, o tai jau tiriama.

Galbūt anksčiau, anot jo, sonogenetika galėtų būti naudojama širdies ląstelėms suaktyvinti, kaip tam tikrą širdies stimuliatorių, kuriam nereikia implantuoti.

„Jau egzistuoja genų pristatymo būdai, skirti naujam genui, pavyzdžiui, TRPA1, patekti į žmogaus širdį. Jei tada galėsime naudoti išorinį ultragarso įrenginį, kad suaktyvintume tas ląsteles, tai tikrai galėtų pakeisti širdies stimuliatorių.

Nors sonogenetika vieną dieną galėtų apeiti vaistus ir invazines operacijas, kol kas komanda laikosi pagrindų. Šiuo metu jų tikslas yra tiksliai nustatyti, kaip TRPA1 jaučia ultragarsą, o tai leistų pakoreguoti ir sustiprinti šį jautrumą.



Leave a Comment

Your email address will not be published.