Ученые США разработали новый перспективный метод, помогающий корректировать аномальную деятельность мозга, связанную с такими заболеваниями, как эпилепсия и болезнь Паркинсона. Технология предполагает использование лазерного света для стимуляции специализированных белков, имплантированных в ключевые области мозга.
Так называемые нейронные «суперглушители» были созданы сотрудниками Массачусетского технологического института (MIT) из двух генов, найденных в грибках и бактериях. Гены, названные Арка (АRК) и Maк (Mac), отвечают за экспрессию светочувствительных белков, которые помогают превращать свет в энергию.
При вживлении этих генов в ткань мозга модифицированные нейроны начинают экспрессировать светочувствительные белки. В итоге при манипуляциях лазерным лучом можно «успокаивать» раздраженные нервные клетки, ответственные за развитие эпилепсии, болезни Паркинсона и хронических болевых синдромов. Проведенное под руководством профессора MIT Эдварда Бойдена исследование показало, что нейроны, содержащие вышеописанные гены, могут «включаться» и «выключаться» с помощью импульсов лазерных пучков.
«Выключение патологических нейронов на определенное время позволяет гораздо эффективней свести на нет аберрантную динамику нейронной активности по сравнению с применением фармакологических препаратов, которые воздействуют на мозг в целом», – рассказал проф. Бойден.
По словам исследователя, лучи лазера активируют генетически модифицированные клетки мозга, снижая напряжение нейронов, что предотвращает их агрессивные всплески: «В своем исследовании мы показали, что модифицированные нейроны могут быть эффективно и безопасно выключены оптическим методом. Когда мы останавливали лазерное воздействие, нейроны возвращались в состояние нормальной активности».
Сейчас ученые пытаются разработать систему реагирования нервных клеток, способную вступать в действие при чрезмерном возбуждении клеток мозга, как это происходит в случае эпилепсии. «Одна из задач, которые мы пытаемся решить, состоит в выявлении возможности зафиксировать определенное состояние мозга с помощью электродов, как это было сделано почти сто лет назад, и использовать эти данные для наблюдения за мозгом — с тем, чтобы в нужный момент использовать световой импульс для предотвращения патологической активности», – пояснил Эдвард Бойден.
Как он считает, в будущем с помощью новых инструментов исследователи смогут выявлять и исправлять сложные нейронные сети, нарушения которых приводят к развитию заболеваний, путем создания модифицированных нейронов, реагирующих определенным образом на различные цвета.
В ходе исследования было обнаружено, что клетки мозга с имплантированным геном Arch подавляются желтым светом, в то время как нейроны, измененные геном Mac, подавляются синим светом. «В дальнейшем мы надеемся расширить нашу базу биоразнообразия. Мы также проводим долгосрочные проверки безопасности и эффективности в более широком клиническом регистре», – указал профессор Бойден.
Его группа начала эксперименты со светочувствительными белками на приматах. И хотя применение световых инструментов для лечения заболеваний мозга человека — дело далекого будущего, отмечает Бойден, другие исследователи уже используют эту технологию для разработки новых усовершенствованных лекарств.
Статья о работе по программированию активности мозга светочувствительными генами опубликована в январском номере журнала Nature.
