Πέμπτη, 17 Σεπτεμβρίου 2015

Ηχητικά κύματα μπορούν να ελέγξουν τον εγκέφαλο. 'Sonogenetics' allows brain cells to be controlled by sound waves

Η ηχογενετική είναι μια νέα επαναστατική τεχνική που ανοίγει νέους δρόμους.  Scientists have used genetically modified worms to show that ultrasound can be used to activate brain, heart and muscle cells from outside the body. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική είναι μια νέα πρωτοποριακή τεχνική που ανακάλυψαν επιστήμονες στις ΗΠΑ και με την οποία κατάφεραν για πρώτη φορά να χρησιμοποιήσουν ηχητικά κύματα για τον έλεγχο των εγκεφαλικών κυττάρων ενός νηματώδους σκώληκα αφού είχε προηγηθεί η κατάλληλη γενετική τροποποίηση του νευρικού συστήματός του.
  
Η μέθοδος


The video shows how the nematodes change direction the moment they are blasted with sonic pulses. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική αποτελεί ένα βήμα πέρα από την οπτογενετική, την αντίστοιχη μέθοδο που εδώ και μία δεκαετία χρησιμοποιεί τους παλμούς του φωτός λέιζερ για να κάνει κάτι ανάλογο. Ερευνητές του Εργαστηρίου Μοριακής Νευροβιολογίας του Ινστιτούτου Βιολογικών Μελετών Salk της Καλιφόρνιας, με επικεφαλής τον καθηγητή Σρικάνθ Τσαλαζανί χρησιμοποίησαν υπερήχους όπως αυτούς που χρησιμοποιούν τα διαγνωστικά μηχανήματα υπερήχων- για να ενεργοποιήσουν με επιλεκτικό τρόπο κύτταρα του εγκεφάλου (νευρώνες).

Τα πειράματα

The worm C. elegans, with its 302 well-mapped neurons, is an ideal model for this type of research. Science Photo Library

Προς το παρόν η τεχνική έχει δοκιμαστεί με επιτυχία μόνο στον νηματώδη σκώληκα C.elegans. Όμως, οι επιστήμονες αισιοδοξούν ότι τελικά θα προσαρμόσουν κατάλληλα τη μέθοδό τους, ώστε να αξιοποιηθεί για την θεραπεία ανθρωπίνων παθήσεων, όπως οι νευροεκφυλιστικές νόσοι (π.χ. Πάρκινσον).

Οι σκώληκες, όταν δέχονται τους υπέρηχους (που οι άνθρωποι δεν μπορούν να ακούσουν), αλλάζουν κατεύθυνση. Οι κινητικοί νευρώνες στον εγκέφαλο των σκωλήκων ενεργοποιούνται κατάλληλα, αφού το νευρικό τους σύστημα έχει προηγουμένως τροποποιηθεί, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται πλέον στα ερεθίσματα των υπερήχων (κανονικά αυτό δεν συμβαίνει).

Η οπτογενετική είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, όμως έχει τις δικές της δυσκολίες, καθώς οι επιστήμονες συνήθως πρέπει να κάνουν νευροχειρουργική επέμβαση για να εισάγουν βαθιά στον εγκέφαλο μια οπτική ίνα που θα διοχετεύει το φως. Αντίθετα, στην περίπτωση της ηχογενετικής τέτοια επέμβαση δεν χρειάζεται, καθώς οι υπέρηχοι «τρυπώνουν» παντού με μη επεμβατικό τρόπο.

Εκτός από τους νευρώνες, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε κύτταρα της καρδιάς, των μυών κ.α., όπως δήλωσε ο Τσαλαζανί, ο οποίος τόνισε ότι «το πραγματικό κατόρθωμα θα είναι να αποδείξουμε πως η τεχνική δουλεύει και στον εγκέφαλο των θηλαστικών». Ήδη προγραμματίζονται οι πρώτες δοκιμές σε ποντίκια. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications».