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问答 与专家就自闭症中值得注意的话题进行对话。188宝金博网址是多少

用超声控制神经元:问答和Sreekanth Chalasani

经过 / 2022年3月1日
专家:
专家
Sreekanth Chalasani
副教授,萨尔克生物学研究所

光遗传学中的“光电” - 自闭症研究人员使用的强大方法控制神经元在小鼠和其他动物中 - 来自希腊选择,意味着可见。这是用于打开选定神经元的蓝光的点头。

一种新技术可以做同样的事情,尽管有看不见的东西:声音。

在一项发表的研究中自然通讯本月,研究人员在小鼠运动皮层中设计了神经元以表达超声敏感的离子通道蛋白称为hstrpa1。他们在动物的头骨附近放置了一个超声传感器,然后将其打开。响应?肌肉的屈曲,可感知的抽搐。

首席研究员说,这种方法称为声遗传学,可以对任何可以用光遗传学操纵的神经回路进行无创控制,这是一种侵入性方法。Sreekanth Chalasani,加利福尼亚州拉霍亚的Salk生物学研究所分子神经生物学实验室副教授。光谱与Chalasani谈了他的早期实验秀丽隐杆线虫,幸运的数字63以及有一天可以使用临床应用。

这次访谈已被轻松编辑,以实现长度和清晰度。

光谱:我们的读者可能熟悉光遗传学,但我认为对大多数人来说是新的。

Sreekanth Chalasani:是的。好吧,声遗传学中的想法是我们想无创操作。超声可以通过骨头和皮肤进入体内。我们已经使用了数十年了。它是安全的。问题是:我们可以利用它进入体内和控制细胞,例如使用光遗传学吗?

S:字面上用声音控制细胞。

SC:正确的。在光遗传学中,光触发具有通道旋转蛋白或Opsin蛋白的细胞中的动作电位。在声遗传学中,我们想要一种蛋白质,它可以使我们具有相同水平的细胞控制。

但是发现蛋白质很困难。许多小组一直在寻找这些蛋白质,我们很幸运能找到一种蛋白质。

S:蛋白质称为hstrpa1。

SC:是的。以前已经研究了该蛋白质,但被认为对机械变形或超声检查不敏感。那是我们的重大发现。我们可以将这种蛋白质粘在小鼠的大脑中,并使用超声来控制运动和生理。

S:这是如何在细胞级别起作用的?超声是否会稍微重塑细胞的膜,并触发这种机械敏感的通道打开并让钙?

SC:它比这复杂得多。我们还有另一篇论文高级科学,显示超声波导致细胞膜转移大约80纳米。我们认为的是,超声会导致两个脂质双层之间的距离发生变化。并且可以感觉到变化的蛋白质是正音候选者。HSTRPA1是这些蛋白质之一。

S:这是发现的第一个超声蛋白吗?

SC:不,但是我们的小组也发表了第一种蛋白质。它称为trp4,我们用它来控制神经元秀丽隐杆线几年前,即2015年。从那时起,其他实验室也发现了可能适用于发音学的蛋白质。

S:那么本文有什么新鲜事物?

SC:我们是第一个证明,如果您将我们的通道粘贴到神经元中,并且将神经元(测量其电流)的贴夹夹住,然后提供超声波,您将在几毫秒内获得动作电位。我们证明您可以使用超声直接控制单元。

S:啊,好的。但是找到这种蛋白质并不容易,对吗?在找到HSTRPA1之前,您筛选了191名候选人。

SC:这是正确的。大约在我们显示的TRP4的同一时间可用于控制秀丽隐杆线神经元,奥巴马总统宣布大脑倡议这是美国国立卫生研究院(NIH)的巨大努力,要求有一天可以在人们使用的新技术。

他们想要无创,安全并且可以控制不同细胞电路的技术。通常,NIH会说:“史瑞克,您没有老鼠的经验。您上次与老鼠一起工作是在您的博士学位期间,您刚刚发表了一篇论文秀丽隐杆线。我们不会给您钱来在鼠标中进行测试。”

神经元设计为表达HSTRPA1,这是一种机械敏感的离子通道。

细胞声音:神经元被设计为表达HSTRPA1,这是一种机械敏感的离子通道。

由Sreekanth Chalasani提供

S:我假设他们还是给你钱。

SC:是的,他们给了我们大约200万美元。我们花了这笔钱,测试了TRP4是否在鼠标神经元中起作用。而且该实验不起作用。经过三个月的尝试,我们发现秀丽隐杆线蛋白质在哺乳动物细胞中无法表达。它卡在内质网中。我们有了这笔钱,但是我们向NIH提出的道路消失了。

那时,我们决定根据生物信息学调查创建蛋白质库。我们合成了每种蛋白质的DNA,并在成纤维细胞中单独表达它们。然后,我们在那些成纤维细胞中符合钙指示剂,并观察到哪些蛋白质在输送超声波时具有钙尖峰。

63我们测试的蛋白质有效。

S:您记得确切的数字。

SC:是的,是克隆人63。我记得,因为这是一个非常痛苦的过程。我们一次测试一种蛋白质。但是,即使我们找到了HSTRPA1,我们也必须测试它是否在神经元中起作用 - 确实如此 - 然后我们进入了活着的老鼠。

本文是第一次有人证明您可以使用此通道,将其粘在鼠标大脑中并控制鼠标以移动其四肢。我们可以通过超声移动他们的肌肉。

S:引导我完成该实验。

SC:小鼠中的黄金标准是控制动作电位并看到行为。我们选择将HSTRPA1放入运动皮层神经元,这是控制肢体运动的大脑的一部分。很容易将蛋白质输送到运动皮层;有很好的病毒。当您刺激该大脑区域的神经元时,四肢移动。

当我们向这些小鼠进行超声输送时,在五毫秒内,我们看到了肌肉的活动。因此,五毫秒是神经元变得活跃并告诉肌肉所花费的时间:“裂开!”并让肌肉移动。

S:您如何精确地靶向大脑中的神经元?

SC:低频可以更深入地穿透头骨,因为它们提供了更多的能量,但是它们会击中更大的大脑体积。较高的频率是相反的。

有了7兆赫的超声波,我们可以击中大脑中的100微米立方体。那是一个相当小的地区。但是我认为声遗传学奖在于其无创性。

S:你是什么意思?

SC:好吧,看看Medtronic。他们正在进行临床试验,他们正在尝试使用治疗帕金森氏病的光遗传学

因此,他们带着猴子和丘脑下神经元来表达Opsin蛋白。然后他们将LED粘在大脑中,并且可以从体外控制神经元。问题在于您会疤痕脑组织。每当您将光纤插入大脑时,您都可以引起血块,并可以杀死组织。

只是在大脑上闪耀蓝光改变细胞的基因表达,这意味着光遗传学正在以我们不完全理解的方式改变大脑。

在低压下,超声是完全安全的。我们看不到基因表达在我们看过的大脑区域的变化。美国食品药品监督管理局说,超声检查对人是安全的。他们没有说将光纤插入大脑是安全的。

S:您认为安全性会从临床意义上加快采用这项技术吗?

SC:这就是问题所在。到目前为止,我们只发现可以打开神经元的频道。但是我们确实有一个候选渠道,我们希望很快能在动物中进行测试,这可以关闭神经元。这是我们从植物细胞中发现的蛋白质。

我认为,对于声遗传学和光遗传学,真正的挑战是如何将这些蛋白质输送到您关心的大脑部分?您将如何在孩子或人类中做到这一点?我们没有答案。

引用本文:https://doi.org/10.53053/kfxz8320


标签: 自闭症 ,,,, 秀丽隐杆线 ,,,, 皮质 ,,,, 神经回路 ,,,, 光遗传学 ,,,, 技术