Terapia cu lumina pentru tulburari cerebrale

Creierul conține miliarde de neuroni – celule minuscule care folosesc impulsuri electrice și semnale chimice pentru a comunica între ele și cu alte părți ale corpului.

Atunci când neuronii încetează să funcționeze corect, poate duce la apariția unor tulburări ale creierului, precum boala Alzheimer, epilepsie sau depresie.

Pentru a înțelege și a gestiona mai bine aceste tulburări, oamenii de știință au dezvoltat tehnici de stimulare a creierului care le permit să influențeze activitatea neuronală.

În metodele convenționale de stimulare a creierului profund, neurostimulatoare electrice sau „stimulatoare cardiace” sunt implantate chirurgical în creier.

Pe măsură ce știința creierului continuă să avanseze, cercetătorii au dezvoltat metode mai puțin invazive de stimulare a celulelor în interiorul creierului.

În timp ce unii experți folosesc pulsuri magnetice sau unde sonore pentru a stimula neuronii, cercetătorii din domeniul optogeneticii folosesc lumina.

Câștigătorul Premiului Știință și PINS pentru Neuromodulare din acest an , Shuo Chen , doctorat, a fost recunoscut pentru activitatea sa în acest domeniu.

„Dr. Chen si colegii sai au aratat ca lumina aproape infrarosu, atunci cand este folosita in combinatie cu anumite nanoparticule, a permis stimularea neuronilor adanc in creier ” , a declarat pentru Healthline Dr. Karl Deisseroth , profesor de bioinginerie si psihiatrie si stiinte comportamentale la Universitatea Stanford.

„Trebuie să se lucreze mai mult pentru ca acest proces să fie robust și util”, a spus el, „dar dr. Chen și colegii săi au făcut un pas cheie”.

Ingineria celulelor cerebrale sensibile la lumină

Deisseroth este unul dintre pionierii de frunte în optogenetică, o tehnică în care celulele creierului sunt concepute genetic pentru a răspunde la lumină.

În această metodă de stimulare a creierului, oamenii de știință transferă bucăți de cod genetic derivate din alge și alți microbi în celulele creierului de șoareci sau alte animale. Acest cod genetic face ca neuronii să producă proteine ​​sensibile la lumină, cunoscute sub numele de opsine.

Când oamenii de știință expun neuronii producători de opsină la anumite lungimi de undă ale luminii din spectrul vizibil, acești neuroni se aprind sau se opresc.

Prin activarea sau suprimarea neuronilor specifici, cercetătorii pot afla mai multe despre rolul pe care acești neuroni îl joacă în funcția creierului și tulburările creierului.

„În acest fel, rolul cauzal și semnificația funcțională a activității celulare pot fi determinate în orice specie sau țesut sau comportament de interes, de la memorie la dispoziție la mișcare”, a spus Deisseroth.

„Optogenetica aduce o capacitate de neegalat pentru a vorbi limbajul natural al creierului, în termeni de specificitate și viteză de tip celular”, a adăugat el.

Dezvoltarea tehnicilor noninvazive

Neuronii producători de oxină răspund doar la lumina spectrului vizibil, care nu poate pătrunde adânc în țesutul creierului.

Ca urmare, stimularea optogenetică a necesitat istoric introducerea de surse de lumină cu fibră optică în interiorul creierului.

Pentru a dezvolta o metodă mai puțin invazivă de livrare a luminii, Deisseroth și colega sa Polina Anikeeva , doctorat, au propus utilizarea luminii cu infraroșu aproape (NIR).

Lumina NIR poate trece prin craniu și adânc în țesutul creierului, fără a insera surse de lumină interne. Cu toate acestea, lumina NIR nu declanșează un răspuns din partea neuronilor producători de opsină.

Pentru a valorifica puterea de penetrare a țesuturilor din lumina NIR, Deisseroth și Anikeeva au conceput o metodă brevetată pentru acoperirea neuronilor producători de opsină în nanoparticule minuscule care transformă lumina NIR în lumină cu spectru vizibil. Această tehnică este cunoscută sub denumirea de conversie de conversie NIR.

Chen și echipa sa de cercetare au aplicat această metodă, arătând pentru prima dată că optogenetica de conversie a conversiei NIR poate fi utilizată pentru a controla neuronii adânci în creierul șoarecilor.

Echipa de cercetare a lui Chen a folosit această tehnică pentru a stimula eliberarea de dopamină într-o zonă a creierului despre care se crede că va juca un rol în depresie.

„Depășirea provocării profunzimii de penetrare optică va fi cheia realizării optogeneticii neinvazive la distanță cu potențial ridicat de traducere clinică”, a scris Chen în eseul său premiant pe această temă.

„Studiul nostru recent a abordat această problemă prin aplicarea unei abordări asistate de nanomateriale care„ mută ”instrumentele optogenetice existente în regiunea cu infraroșu aproape”, a adăugat el.

Aplicarea stimulării creierului la om

În timp ce oamenii de știință continuă să cerceteze optogenetica la șoareci, pești zebra și alte animale, nu a fost studiat ca tratament pentru tulburările creierului la subiecți umani.

Trebuie depusă mai multă muncă pentru a dezvolta și testa metode neinvazive de livrare a luminii, precum și strategii noninvazive pentru transferul codului genetic în celulele creierului.

„Este prea curând pentru a prezice ce tehnică va apărea în fruntea tehnologiei de stimulare a creierului noninvaziv de generație viitoare”, a spus Chen, într-un comunicat de presă emis de Asociația Americană pentru Avansarea Științei.

„Cu toate acestea, credem că realizările precum optogenetica de conversie a conversiei NIR deblochează rapid numeroase rute de dezvoltare și deschid calea către un viitor terapeutic luminos”, a continuat el.

Între timp, alte metode de stimulare a creierului neinvaziv sunt de asemenea dezvoltate, testate și utilizate la om.

„Există metode noninvazive care nu necesită terapii genice, cum ar fi stimularea transcranială magnetică și electrică, care sunt deja utilizate în mod obișnuit cu subiecți umani în mod experimental”, Ed Boyden , doctor, profesor de neurotehnologie la Massachusetts Institute of Technology (MIT), a declarat pentru Healthline.

Stimularea magnetică transcanală (TMS) este o procedură noninvazivă în care câmpurile magnetice sunt utilizate pentru stimularea celulelor nervoase din creier. Administrația Food & Drug (FDA) a permis deja comercializarea TMS ca tratament pentru depresie majoră, precum și tulburare obsesivă compulsivă și dureri de cap migrene.

Membrii grupului de cercetare Boyden au efectuat, de asemenea, cercetări privind stimularea electrică transcranială (TES), o abordare noninvazivă a stimulării creierului, în care electrozii sunt plasați pe scalp. Ei speră că această tehnică le va permite să ajungă la celulele adânci din creier, cu o precizie mai mare decât TMS.

Lasa un raspuns