Naukowcy opracowali rewolucyjną technologię magnetogenetyczną, która może nieinwazyjnie kontrolować obwody mózgu za pomocą pól magnetycznych.
Ta nowa metoda, która została pomyślnie przetestowana na myszach, jest obiecująca w leczeniu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych, umożliwiając precyzyjną aktywację lub hamowanie neuronów bez konieczności stosowania procedur inwazyjnych.
Magnetogenetyka i kontrola mózgu
Jak wynika z przedklinicznego badania przeprowadzonego przez naukowców z Weill Cornell Medicine, Rockefeller University i Icahn School of Medicine w Mount Sinai, nowa nieinwazyjna technologia umożliwia kontrolowanie określonych obwodów mózgu za pomocą pól magnetycznych. Technologia ta wykazuje ogromny potencjał jako narzędzie do badań mózgu i jako podstawa przyszłego leczenia różnorodnych schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych, w tym choroby Parkinsona, depresji, otyłości i złożonego bólu.
Nowa technologia terapii genowej została opisana w artykule opublikowanym 9 października w czasopiśmie Postęp nauki. Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na myszach, pokazując, że może on włączać i wyłączać wybrane populacje neuronów, co ma wyraźny wpływ na ruchy zwierząt. W jednym eksperymencie wykorzystali go do ograniczenia nieprawidłowych ruchów w mysim modelu choroby Parkinsona.
„Przewidujemy, że technologia magnetogenetyczna może pewnego dnia zostać wykorzystana z korzyścią dla pacjentów w szerokim zakresie warunków klinicznych” – powiedział starszy autor badania, dr Michael Kaplitt, profesor i wiceprezes wykonawczy ds. chirurgii neurologicznej w Weill Cornell Medicine oraz dyrektor ds. chirurgii zaburzeń ruchu w NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
Badanie było wynikiem współpracy laboratorium dr Kaplitta z laboratoriami dr Jeffreya Friedmana, profesora Marilyn M. Simpsona w Laboratorium Genetyki Molekularnej na Uniwersytecie Rockefellera; oraz dr Sarah Stanley, adiunkt na Wydziale Medycyny w Icahn School of Medicine na górze Synaj.
Pierwszym autorem badania był dr Santiago Unda, pracownik naukowy ze stopniem doktora w laboratorium dr Kaplitta.
Nieinwazyjne techniki modulacji neuronowej
Kontrolowanie obwodów mózgowych w czasie rzeczywistym w sposób umożliwiający zwierzętom – lub ludziom – normalne poruszanie się, było głównym celem neuronaukowców, ale stanowiło duże wyzwanie. Na przykład w laboratorium technologia optogenetyczna może spowodować natychmiastowe włączenie lub wyłączenie wybranych neuronów za pomocą impulsów świetlnych, ale wymaga inwazyjnego aparatu do dostarczania tych impulsów świetlnych do mózgu. W klinice głęboka stymulacja mózgu umożliwia modulację obszarów mózgu, ale wymaga to również wszczepionego na stałe urządzenia, a celem pozostaje również większa precyzja.
Po wczesnych pracach nad technologią magnetogenetyczną jako alternatywą dla innych podejść, dr Friedman i dr Stanley połączyli siły z dr Kaplittem, pionierem terapii genowych ukierunkowanych na mózg, aby opracować tego typu metodę z potencjałem do zastosowań klinicznych .
Weryfikacja koncepcji i perspektywy na przyszłość
W powstałym podejściu zastosowano techniki terapii genowej w celu dostarczenia zmodyfikowanego białka kanału jonowego do pożądanego typu neuronu. Białko kanału jonowego zasadniczo działa jak przełącznik włączający i wyłączający dotknięte neurony i jest wrażliwe na pole magnetyczne, ponieważ zawiera białko podobne do przeciwciała, które przylega do naturalnego białka wychwytującego żelazo zwanego ferrytyną. Podczas gdy terapia genowa jest dostarczana do określonych obszarów mózgu w drodze minimalnie inwazyjnej operacji, wystarczająco silne pole magnetyczne może następnie wywrzeć wystarczającą siłę na atomy żelaza uwięzione w ferrytynie, aby otworzyć lub zamknąć kanał – aktywując neuron lub go hamując, w zależności od projekt, bez konieczności wszczepiania urządzenia lub leku.
W jednym z dowodów słuszności koncepcji zespół wstrzyknął terapię genową kanałów wrażliwych magnetycznie do określonych neuronów w obszarze kontrolującym ruch zwanym prążkowiem u myszy; następnie wykorzystali pole magnetyczne z rezonansu magnetycznego do aktywacji neuronów i znacznego spowolnienia, a nawet zamrożenia ruchów myszy. W innym eksperymencie zmniejszyli aktywność neuronów w obszarze mózgu zwanym jądrem podwzgórza, aby złagodzić nieprawidłowości ruchowe w mysim modelu parkinsonizmu.
Naukowcy wykazali, że ich metoda może działać nawet przy użyciu znacznie mniejszego i tańszego urządzenia do „przezczaszkowej stymulacji magnetycznej”, które jest obecnie często stosowane w klinice w leczeniu pacjentów z depresją, migreną i innymi schorzeniami.
Eksperymenty nie wykazały żadnych problemów związanych z bezpieczeństwem, a naukowcy zauważyli, że normalne pola magnetyczne otoczenia byłyby o wiele za słabe, aby w sposób niezamierzony uruchomić przełączniki magnetogenetyczne.
Zespół zamierza teraz zbadać potencjalne zastosowania kliniczne, w tym leczenie zaburzeń psychicznych, a nawet przewlekłego bólu nerwów obwodowych. Będą także kontynuować badania i optymalizację samej technologii magnetogenetycznej.
„Obecna możliwość kierunkowego manipulowania aktywnością mózgu za pomocą tego stosunkowo prostego systemu będzie bardzo ważna, ponieważ pomoże nam lepiej zrozumieć podstawowe zasady, które pomogą w dalszym rozwoju tej nowej technologii” – stwierdził dr Unda.
Odniesienie: „Dwukierunkowa regulacja obwodów motorycznych za pomocą magnetogenetycznej terapii genowej” Santiago R. Unda, Lisa E. Pomeranz, Roberta Marongiu, Xiaofei Yu, Leah Kelly, Gholamreza Hassanzadeh, Henrik Molina, George Vaisey, Putianqi Wang, Jonathan P. Dyke, Edward K. Fung, Logan Grosenick, Rick Zirkel, Aldana M. Antoniazzi, Sofya Norman, Conor M. Liston, Chris Schaffer, Nozomi Nishimura, Sarah A. Stanley, Jeffrey M. Friedman i Michael G. Kaplitt, 9 października 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adp9150
Wielu lekarzy i naukowców z Weill Cornell Medicine utrzymuje relacje i współpracuje z organizacjami zewnętrznymi, aby wspierać innowacje naukowe i zapewniać fachowe wskazówki. Instytucja podaje te ujawnienia do wiadomości publicznej, aby zapewnić przejrzystość.
Prace te były wspierane przez Narodowy Instytut Zaburzeń Neurologicznych i Udaru Mózgu oraz Biuro Dyrektora NIH, oba będące częścią Narodowe Instytuty Zdrowiapoprzez granty o numerach R01NS097184, OT2OD024912 i Fundację JPB.
