Изо дня в день исследователи с разных уголков мира трудятся, чтобы приблизить будущее и воплотить все смелые фантастические мечты из фильмов в реальность. Учёным из Университета Баффало удалось сделать новый шаг на этом пути: они разработали технологию для управления живым организмом. Спустя почти 10 лет экспериментов исследователи научились переключать активность отдельных зон мозга и с помощью этого управлять лабораторными мышами. Подробности авторы изложили на страницах eLife.
Стимуляция стриатума мыши магнитными наночастицами (красный)
Арнд Пралле (Arnd Pralle) и его команда начали изучать и тестировать метод магнитно-температурной стимуляции (МТС) сначала на клеточных культурах, затем на круглых червях и вот теперь добрались и до мышей. Животным встроили ген, который отвечает за потоки ионов сквозь мембрану и одновременно имеет свойство реагировать на изменение температурного режима. Так, встроенный в мембрану нейронов ионный канал при нагревании повышал активность клеток, что запускало открытие потока ионов и их перегруппировку. В результате изменялся ионный состав на поверхности и внутри мембраны, что вызывало потенциал действия – электрический импульс.
В роли нагревателей исследователи использовали магнитные наночастицы, которые содержали в составе соединения железа – феррит кобальта и феррит марганца. Их закрепили на поверхности мембраны генетически модифицированных нейронов в определенной области мозга и разогревали с помощью переменного магнитного поля. Выделяемое во время быстрых колебаний тепло от намагниченных наночастиц активировало чувствительные к температуре ионные каналы.
В своём эксперименте исследователи проводили работу с двигательными зонами мозга. При воздействии на моторную кору, мыши начинали бегать, а при стимуляции полосатого тела животные крутились на одном месте. Активация других областей не давала грызунам шевелить лапками, что приводило их в ступор.
Учёные отметили, что даже при длительной стимуляции методом МТС нейроны не повреждались и сохраняли свою работоспособность. Кроме этого, магнитно-температурную стимуляцию можно использовать для активации небольших нейронных скоплений – около 100 микрометров в поперечном срезе.
Похожие на МТС результаты можно получить с помощью оптогенетического метода. В обоих случаях потребуется генная модификация белка, только в оптогенетике белок нужен светочувствительный. Для его активации используют специальный световой импульс из оптоволоконного кабеля, с помощью которого происходит стимуляция нужных нейронов в мозге. Вариант магнитно-температурной стимуляции облегчает задачу – роль кабеля и света играют беспроводное магнитное поле и наночастицы.
Также большую популярность начинает завоевывать метод транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), при которой возможно изменение активности больших зон мозга. С помощью специальных внешних приборов мощное магнитное поле способно повысить или понизить работу определенных областей. Примером действия ТМС является практика специалистов Северо-Западного университета, которым удалось улучшить память некоторым людям.
Текст: Екатерина Заикина
Magneto-thermal genetic deep brain stimulation of motor behaviors in awake, freely moving mice
By Rahul Munshi, Shahnaz M Qadri, Qian Zhang, Idoia Castellanos Rubio, Pablo del Pino, Arnd Pralle
DOI: 10.7554/eLife.27069
Powered by WPeMatico
