В настоящее время такие устройства, как кардиостимуляторы и электроды, стимулирующие глубокие отделы мозга, приходится вживлять в тело пациентов хирургическим путем. Однако, согласно новому исследованию, такие имплантаты в будущем могут быть заменены клетками, которые активируются ультразвуком.

Еще в 2015 году исследователи из калифорнийского Института биологических исследований Солка показали, что когда белок TRP-4, был включен в структуру нейронов круглого червя Caenorhabditis elegans, то их удалось активировать с помощью ультразвука, подаваемого извне. Ведущий ученый, доцент Срикант Чаласани, назвал этот метод "соногенетикой".

Нейроны ( пурпурный цвет) в мозге мыши. Специалисты лаборатории Чаласани заставили определенные нейроны экспрессировать маркеры белка TRPA1 (белый цвет) таким образом, чтобы теперь их можно было активировать ультразвуком. Salk Institute

Однако, к сожалению, выяснилось, что TRP-4 не оказывает подобного эффекта на клетки млекопитающих, а следовательно, технологию нельзя применить на людях.

Принимая это во внимание, Чаласани и его коллеги провели испытания почти 300 различных белков на человеческих эмбриональных клетках HEK. В результате было обнаружено, что один белок естественного происхождения TRPA1 заставил клетки HEK реагировать на ультразвук в безопасном диапазоне 7 МГц.

Чтобы проверить, действует ли этот белок на другие типы клеток млекопитающих, исследователи с помощью генной терапии добавили гены человеческого TRPA1 в определенную группу нейронов в мозге живых мышей. Когда мышей подвергали воздействию ультразвука, активировались только нейроны с генами TRPA1.

Прогресс соногенетики - неинвазивный способ лечения заболеваний мозга.Впервые в "соногенетике" исследователи из Института Солка управляют клетками млекопитающих с помощью звука. Этот метод открывает путь к созданию неинвазивных версий глубокой стимуляции мозга и кардиостимуляторов.

Специалисты надеются, что со временем гены TRPA1 можно будет вводить в клетки сердца и мозга пациентов. При активации с помощью внешнего устройства, излучающего ультразвук, эти клетки смогли бы выполнять роль кардиостимуляторов или имплантируемых в мозг электродов, которые в настоящее время используются для лечения таких заболеваний, как эпилепсия и болезнь Паркинсона.

Сейчас ученые исследуют, как именно TRPA1 воспринимает ультразвук, с расчетом модифицировать белок, чтобы повысить его чувствительность. Кроме того, они занимаются поиском белков, которые деактивируют клетки в ответ на ультразвук.

Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале Nature Communications.

Источники: Институт биологических исследований Солка
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28205-y
 https://www.salk.edu/news-release/in-a-first-for-sonogenetics-researchers-control-mammalian-cells-with-sound/