新工具通過結(jié)合超聲和遺傳學(xué)激活深部大腦神經(jīng)元

帕金森氏病和癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病在深部腦刺激治療方面取得了一些成功，但那些需要手術(shù)裝置植入。圣路易斯華盛頓大學(xué)的一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用聚焦超聲的新腦刺激技術(shù)，該技術(shù)能夠打開和關(guān)閉大腦中特定類型的神經(jīng)元，并精確控制運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，而無需植入手術(shù)設(shè)備。

該團(tuán)隊(duì)由 McKelvey 工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程助理教授和醫(yī)學(xué)院放射腫瘤學(xué)助理教授 Hong Chen 領(lǐng)導(dǎo)，他們是第一個(gè)提供直接證據(jù)表明大腦中神經(jīng)元的非侵入性、細(xì)胞類型特異性激活的團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合超聲波誘導(dǎo)的加熱效應(yīng)和遺傳學(xué)，他們將其命名為聲熱遺傳學(xué)。這也是第一項(xiàng)表明超聲-遺傳學(xué)組合可以通過刺激大腦深處的特定目標(biāo)來有力地控制行為的工作。

由美國國立衛(wèi)生研究院 BRAIN 計(jì)劃部分資助的三年研究結(jié)果于2021 年 5 月 11 日在線發(fā)表在Brain Stimulation 上。

高級(jí)研究團(tuán)隊(duì)包括來自麥凱維工程學(xué)院和醫(yī)學(xué)院各領(lǐng)域的知名專家，包括生物醫(yī)學(xué)工程教授崔建民;Joseph P. Culver，放射學(xué)、物理學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程教授;醫(yī)學(xué)系傳染病科醫(yī)學(xué)副教授Mark J. Miller;和邁克爾布魯查斯，前華盛頓大學(xué)，現(xiàn)在華盛頓大學(xué)麻醉學(xué)和藥理學(xué)教授。

“我們的工作提供了證據(jù)，表明聲熱遺傳學(xué)在針對(duì)大腦深部部位的同時(shí)，在自由移動(dòng)的小鼠中引起了行為反應(yīng)，”陳說。“聲熱遺傳學(xué)有可能改變我們的神經(jīng)科學(xué)研究方法，并發(fā)現(xiàn)理解和治療人類大腦疾病的新方法。”

使用小鼠模型，Chen 和團(tuán)隊(duì)將含有 TRPV1 離子通道的病毒構(gòu)建體傳遞給基因選擇的神經(jīng)元。然后，他們通過可穿戴設(shè)備通過低強(qiáng)度聚焦超聲向大腦中的選定神經(jīng)元傳遞少量熱量。僅比體溫高幾度的熱量激活了 TRPV1 離子通道，該通道充當(dāng)打開或關(guān)閉神經(jīng)元的開關(guān)。

“我們可以將佩戴在自由活動(dòng)小鼠頭部的超聲波設(shè)備移動(dòng)到整個(gè)大腦的不同位置，”該論文的第一作者、生物醫(yī)學(xué)工程研究生楊姚恒說。“因?yàn)樗欠乔秩胄缘模@項(xiàng)技術(shù)有可能在未來擴(kuò)大到大型動(dòng)物和潛在的人類身上。”

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