توفر تقنية 'Sonogenetics' تحكمًا كاملاً في الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية وعلم الوراثة

في علم البصريات الوراثي ، يتم تعديل خلايا عصبية معينة لإنتاج بروتينات حساسة للضوء تنشيط الخلية عندما يصابوا بالضوء. العيب الرئيسي هو أنه من الصعب إدخال الضوء في عمق الدماغ. من ناحية أخرى ، يمكن أن تصل الموجات فوق الصوتية إلى كل مكان - وإذا كانت قوية بما يكفي - التنشيط المباشر اى شى. إذا كانت هناك طريقة لجعل الموجات فوق الصوتية انتقائية لبعض الخلايا العصبية ، ولكن ليس البعض الآخر ، فقد يصبح شخص ما ثريًا.

أدخل Sonogenetics ، تقنية علم الأعصاب الجديدة تمامًا لعام 2015. لاستخدامه ، يمكنك ببساطة تطبيق نفس الجزء من الهندسة الوراثية الذي ستستخدمه لإدخال بروتينات حساسة للضوء ، ولكن بدلاً من ذلك يتم إدخال البروتينات الحساسة للاهتزاز. إذا كنت قادرًا على القيام بذلك ، يمكن أن يحدث شيء رائع: شريطة أن تقوم بخفض الطاقة فوق الصوتية إلى مستوى آمن لطيف ، وهو مستوى أقل بكثير من العتبة التي عادةً ما تجعل أي خلية عصبية تقفز ، يمكنك فقط استهداف تلك الخلايا العصبية التي قدمتها إلى مستقبلات ميكانيكية خيالية.



أول الباحثين الذين استوعبوا هذه القوة الواعدة تمامًا في أذهانهم ، وقاموا بالفعل بسحب التقنية في المختبر ، من معهد Salk في كاليفورنيا و UCSD. الكتابة أمس في المجلة علم، أخذوا السونوجينيتكس لاختبار القيادة في الدودة. لتقدير ما يمكن أن تفعله الدودة الآن لنا تمامًا ، حاول أن تتخيل ما سيكون عليه الأمر إذا كنت على أساس الاسم الأول مع 100 مليار أو نحو ذلك من الخلايا العصبية في نظامك العصبي. إذا كلفت كل خلية عصبية بوظيفة إدراك نفسها ، فقد تكون قادرًا على القيام بذلك. لسوء الحظ ، ربما لا يمكنك التركيز على أشياء أخرى.



جمال استخدام الدودة المستديرة ج. Elegans ، هو أن الباحثين الذين يكسبون عيشهم من دراستها لديهم في الواقع اسم محبب لكل خلية من الخلايا العصبية البالغ عددها 302. لا ينبغي الاستهانة بهذا النوع من الألفة. ليس ذلك فحسب ، فالباحثون يعرفون بالضبط (أو على الأقل لديهم فكرة جيدة عن) أنواع السلوكيات التي تتحكم بها أو تكتشفها كل خلية من الخلايا العصبية. عادةً ما تأخذ هذه السلوكيات شكل مجموعات من أنواع معينة من الثنيات أو المنعطفات استجابة لفئة معينة من المحفزات. وفوق كل شيء ، فإن لديهم أيضًا مجموعة متنوعة من التقنيات لنقل أي جين يرغبون فيه تقريبًا إلى أي خلية عصبية تقريبًا ، أو مجموعة فرعية من الخلايا العصبية ، مما يتسبب في التعبير عن البروتين المقابل كما لو كان خاصًا بهم.



للتجارب هنا ، كانت هناك حاجة إلى العديد من التلاعبات الوراثية. أولاً ، من أجل معرفة كيف كانت الديدان تستشعر الموجات فوق الصوتية ، قام الباحثون بإخراج بعض المشتبه بهم المعتادين. من المعروف أن هذه الديدان تعبر عن فئة معينة من القنوات الأيونية الحساسة للميكانيك ، وهي TRP-4 ، في ستة خلايا عصبية فقط: أربعة عصبونات حسية ، وفي ما يسمى بالعصبونات الداخلية التي تتعامل حصريًا مع الدوبامين. الدوبامين ليس حرجا هنا حقا. نذكرها فقط لأن بعض الناس يشعرون بالحماس حيال ذلك. عادةً ما يتم تضمين قنوات TRP-4 هذه ، مثل العديد من القنوات الأيونية الحساسة ميكانيكيًا ، في غشاء البلازما الخارجي للخلية. عندما يتمددون ، يفتحون ويمكنهم في النهاية 'إطلاق' الخلية.

عندما ضرب الباحثون الديدان التي تفتقر إلى TRP-4 بالموجات فوق الصوتية ، انخفضت استجابة الدودة بشكل كبير. كانت هذه الاستجابة لا تزال موجودة عند مستوى منخفض ، لكنها انخفضت بدرجة كافية لتقودهم للاعتقاد بأن TRP-4 لاعب رئيسي. ولإثبات ذلك ، فقد عبروا عن البروتين في الخلايا العصبية الحسية الرئيسية التي تفتقر عادة إلى البروتين.

علم الوراثة



خشية أن يشك أي شخص في أن هذه الأنواع من التلاعب أقل من السحر ، أخذ الباحثون الأمور على مستوى. لقد تمكنوا بالفعل من تحديد أن الديدان اكتشفت الموجات فوق الصوتية لأن تلك الخلايا العصبية الحسّاسة للميكانيكا الجديدة انتهى بها الأمر بتوليد نفس أنواع السلوكيات التي تفعلها عادة مع المحفزات الأخرى. لتقدير هذه التأثيرات على المستوى دون الخلوي ، عزز الباحثون هذه الخلايا العصبية نفسها ببروتينات خاصة حساسة للكالسيوم تتألق بشكل واضح (على الأقل عند رؤيتها في نطاق سريع وحساس) عند تنشيطها.

هناك تذبذب واحد في كل هذا تركناه حتى النهاية. وذلك لأن الخطأ الرئيسي في كل شيء أعلاه هو أيضًا ميزته الرئيسية. من أجل الجمع الفعال بين الطاقة فوق الصوتية في جسم الدودة - ونعني أيضًا بالزوجين أي تضخيم أو تركيز فيه - تم دمج الدودة داخل بحر من الفقاعات المجهرية المشبعة بالفلوروهكسان. هذه الفقاعات ، التي يبلغ قطرها بضعة ميكرونات فقط ، هي ملحقات قياسية بالموجات فوق الصوتية يمكنها القيام بالكثير من الأشياء بالإضافة إلى تحسين التباين ببساطة. عندما تضربهم بالتردد المناسب ، والطاقة ، وذروة الضغط السلبي (الانكسار) ، يمكنهم الثني والرنين بشكل متزامن. تم العثور على تمديدات الفقاعات المثلى مع ضغوط ذروة حول MPa لنبضات 10 مللي ثانية بتردد 2.25 ميجا هرتز.

فوق ضغوط 2.5 ميجا باسكال ، وجد أن التجويف بالقصور الذاتي ، وموجات الصدمة اللاحقة التي تلت ذلك ، أضر بسلامة غشاء الخلية. ومع ذلك ، فإن ضغط الذروة ليس الشيء الوحيد الذي يمكن أن يؤدي إلى سقوط الخلية. من وجهة نظر القوة ، كان الباحثون حريصين على عدم تجاوز حدود درجة حرارة الأنسجة. وباستخدام أجهزة الاستشعار الحرارية ، وجدوا زيادات في درجات الحرارة أقل من 0.1 درجة مئوية ، مما يشير إلى أنه من غير المحتمل أن تشعر الديدان. هذا جيد لعدة أسباب: من الجيد معرفة أن الخلايا العصبية لن تنضج حتى الموت ، ومن المهم أيضًا معرفة أن الديدان كانت تستجيب للتأثيرات الميكانيكية بدلاً من التأثيرات الحرارية.

الآن ، الميزة التي ذكرناها ، هي أنك إذا قلبت هندسة الفقاعات الدقيقة - بعبارة أخرى ، ضع الفقاعات الدقيقة في الحيوان بدلاً من الحيوان في الفقاعات الدقيقة - ستحصل على طريقة قابلة للعكس لتشغيل كل شيء. عن طريق حقن الفقاعات في مجرى الدم ، وربما حتى في مجرى الدم البشري ، تحصل على نافذة تبلغ حوالي 60 دقيقة للعب. ربما لم يكن الباحثون في وضع يسمح لهم بتقديم ادعاءات بشأن ما يحدث لجميع الفقاعات الدقيقة. ومع ذلك ، إذا افترض أنها محصورة في الأسرة الشعرية ، فيمكن للمرء أن يقدر نطاقها لتنشيط الخلايا العصبية.

في الواقع ، يقول المؤلفون إنه نظرًا لأن الخلايا العصبية التي يبلغ حجمها 25 ميكرومتر تقريبًا أسفل البشرة قد تم تنشيطها من خلال 0.5 ميكرومتر آخر من جلد الدودة ، يجب أن يكون للتشوه الميكانيكي نفاذ كبير. مع متوسط ​​مسافات لا تتجاوز 20 ميكرومتر لمعظم الخلايا العصبية الخاصة بنا من الشعيرات الدموية ، قد نكون متفائلين بأن هذه التقنية يمكن أن تمتد إلى مخلوقات أعلى مثلنا.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com