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超声波首次成功控制哺乳动物脑细胞

2022-02-11 09:12:18 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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  美国索尔克研究所的科学家在9日出版的《自然·通讯》杂志上发表论文称,他们对培养皿中的人类细胞和活小鼠的脑细胞进行基因编辑,向其中添加通道蛋白TRPA1,首次用超声波激活了这些细胞。这种新方法为实现无创性脑深部刺激,开发体外起搏器和胰岛素泵铺平了道路,有望更好地治疗癫痫、心脏病等疾病。

  该研究负责人斯雷坎特·查拉萨尼说:“无线通信是未来。我们已经知道超声波可以安全地穿透骨骼、肌肉和其他组织,这使其成为操纵身体内部细胞的终极工具。”

  约十年前,查拉萨尼开创了利用超声波刺激特定遗传标记细胞群的方法,即“声遗传学”。2015年,他的研究团队发现,将TRP-4添加到通常不拥有这种蛋白的秀丽隐杆线虫的神经元内以后,可以通过超声波激活这些细胞。但他们向哺乳动物细胞中添加TRP-4时,却无法获得相同的结果。

  因此,他们开始寻找新的哺乳动物蛋白质,这种蛋白质可使哺乳动物的细胞在7兆赫(被认为是一种最佳且安全的频率)的频率下对超声波高度敏感。在筛选了近300个候选蛋白后,他们终于找到了TRPA1。TRPA1是一种通道蛋白,已知可以让细胞对有毒化合物的存在做出反应,并激活人体内的一系列细胞,包括大脑和心脏细胞。

  为测试超声波能否让TRPA1激活其他类型的细胞,团队将人类TRPA1的基因添加到活小鼠大脑中的一组特定神经元中,当他们对小鼠照射超声波时,只有包含TRPA1基因的神经元被激活。

  临床医生现在使用的脑深部刺激是通过手术在患者大脑中植入电极来激活某些神经元亚群,从而治疗帕金森病和癫痫等疾病。查拉萨尼说,有朝一日,声遗传学可能会取代这种方法。声遗传学或许也可作为一种不需要植入的起搏器来激活心脏细胞。记者刘霞

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