Заболевания головного мозга человека, такие как болезнь Паркинсона, сопровождаются повреждением более чем одной области мозга, что требует технологий, позволяющих точно и гибко воздействовать на все пораженные участки одновременно. Исследователи Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали неинвазивную технологию, сочетающую голографическое акустическое устройство и генную инженерию, которая позволяет точно нацеливаться на пораженные нейроны в мозге, создавая потенциал для точечной модуляции выбранных типов клеток в нескольких областях мозга.
Хонг Чен, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Школе инженерии Маккелви и нейрохирургии в Школе медицины создали AhSonogenetics, или голографическую соногенетику с воздушным лучом, – метод, который использует неинвазивное носимое ультразвуковое устройство для изменения генетически выбранных нейронов в мозге мышей. Результаты исследования доказательной базы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
AhSonogenetics объединяет несколько последних достижений группы Чен в одну технологию. В 2021 году она и ее команда запустили Sonogenetics – метод, использующий фокусированный ультразвук для доставки конструкции, содержащей чувствительные к ультразвуку ионные каналы, в генетически выбранные нейроны в мозге. Они используют низкоинтенсивный сфокусированный ультразвук для доставки небольшого всплеска тепла, который открывает ионные каналы и активирует нейроны. Команда Чен первой показала, что соногенетика может модулировать поведение свободно передвигающихся мышей.
В 2022 году она и сотрудники ее лаборатории разработали и напечатали на 3D-принтере гибкий и универсальный инструмент, известный как бинарная акустическая метаповерхность с лучом Эйри, который позволяет манипулировать ультразвуковыми лучами. Она также разрабатывает соногенетику 2.0, которая объединяет преимущества ультразвука и генной инженерии для неинвазивной и точной модуляции определенных нейронов в мозге людей и животных. Соногенетика объединяет их как потенциальный метод вмешательства в нейродегенеративные заболевания.
«Обеспечивая точную и гибкую нейромодуляцию по типу клеток без инвазивных процедур, AhSonogenetics предоставляет мощный инструмент для исследования неповрежденных нейронных цепей и предлагает перспективные вмешательства в неврологические заболевания», – говорит Чен.
Соногенетика дает исследователям возможность точно управлять мозгом, а технология воздушных лучей позволяет изгибать или направлять звуковые волны для создания произвольных лучевых картин внутри мозга с высоким пространственным разрешением. «Воздушный луч позволяет нам точно нацеливаться на меньшую область, чем обычные технологии, гибко направляя его на несколько областей мозга одновременно», – сказал Янг.
Команда Чен протестировала методику на мышиной модели болезни Паркинсона. С помощью AhSonogenetics удалось стимулировать две области мозга мыши одновременно, что избавило от необходимости вводить несколько имплантатов. Эта стимуляция облегчила связанные с болезнью Паркинсона двигательные нарушения, включая медленные движения, трудности при ходьбе и застывающее поведение.
Технология преодолевает некоторые ограничения соногенетики, включая адаптацию конструкции для воздействия на конкретные участки мозга. Устройство, изготовление которого стоит около 50 долларов, может быть адаптировано по размеру к различным размерам мозга, что расширяет возможности его применения.
«Эта технология может быть использована в качестве платформы для ускорения исследований в области неврологии благодаря возможности гибкой настройки на различные области мозга. Доступность и простота изготовления снижают барьеры для широкого распространения устройств в исследовательском сообществе для применения в области нейромодуляции», – заключил Ху.
[Фото: ru.123rf.com]