Žmogaus smegenų ligos, tokios kaip Parkinsono liga, apima daugiau nei vieno smegenų regiono pažeidimą, todėl reikia technologijų, kurios galėtų tiksliai ir lanksčiai paveikti visus paveiktus regionus vienu metu.
Vašingtono universiteto Sent Luise mokslininkai sukūrė neinvazinę technologiją, kurioje holografinis akustinis prietaisas sujungiamas su genų inžinerija, leidžiančia tiksliai nukreipti paveiktus neuronus smegenyse, sukuriant potencialą tiksliai moduliuoti pasirinktus ląstelių tipus keliuose sergančių smegenų regionuose.
Hong Chen, McKelvey inžinerijos mokyklos biomedicinos inžinerijos ir Medicinos mokyklos neurochirurgijos docentė, ir jos komanda sukūrė AhSonogenetics arba Airy-beam holografinę sonogenetiką, techniką, kuri naudoja neinvazinį nešiojamą ultragarso prietaisą genetiškai atrinktiems neuronams pakeisti. pelių smegenyse. Koncepcijos įrodymo tyrimo rezultatai buvo paskelbti m Nacionalinės mokslų akademijos darbai birželio 17 dieną.
„AhSonogenetics“ sujungia kelis naujausius Chen grupės pasiekimus į vieną technologiją. 2021 m. ji ir jos komanda pradėjo Sonogenetics – metodą, kuris naudoja fokusuotą ultragarsą viruso konstrukcijai, turinčiam ultragarsui jautrius jonų kanalus, genetiškai atrinktiems smegenų neuronams pristatyti. Jie naudoja žemo intensyvumo fokusuotą ultragarsą, kad suteiktų nedidelį šilumos pliūpsnį, kuris atveria jonų kanalus ir suaktyvina neuronus. Cheno komanda pirmoji parodė, kad sonogenetika gali modifikuoti laisvai judančių pelių elgesį.
2022 m. ji ir jos laboratorijos nariai suprojektavo ir 3D atspausdino lankstų ir universalų įrankį, žinomą kaip Airy spinduliu palaikantis dvejetainis akustinis metapaviršius, leidžiantis manipuliuoti ultragarso spinduliais. Ji taip pat kuria Sonogenetics 2.0, kuris sujungia ultragarso ir genų inžinerijos pranašumus, kad neinvaziškai ir tiksliai moduliuotų apibrėžtus neuronus žmonių ir gyvūnų smegenyse. „AhSonogenetics“ juos sujungia kaip galimą metodą įsikišti į neurodegeneracines ligas.
„Įgalindama tikslią ir lanksčią ląstelių tipui būdingą neuromoduliaciją be invazinių procedūrų, AhSonogenetics yra galingas įrankis nepažeistoms nervų grandinėms tirti ir siūlo daug žadančių intervencijų neurologiniams sutrikimams”, – sakė Chenas.
Sonogenetika suteikia tyrėjams būdą tiksliai valdyti smegenis, o erdvinio pluošto technologija leidžia tyrėjams sulenkti arba nukreipti garso bangas, kad smegenyse generuotų savavališkus spindulių modelius, turinčius didelę erdvinę skiriamąją gebą. Yaohengas (Mackas) Yangas, doktorantūros mokslinis bendradarbis, 2022 m. įgijęs biomedicinos inžinerijos daktaro laipsnį iš McKelvey Engineering, teigė, kad ši technologija suteikia mokslininkams tris unikalius pranašumus.
„Erdvus spindulys yra technologija, kuri gali suteikti mums tikslų mažesnį regioną nei įprastinė technologija, lankstumą nukreipti į tikslines smegenų sritis ir vienu metu nukreipti į kelis smegenų regionus“, – sakė Yangas.
Chen ir jos komanda, įskaitant pirmuosius autorius Zhongtao Hu, buvusį podoktorantūros mokslinį bendradarbį, ir Yangą, suprojektavo kiekvieną Airy spindulio metapaviršių atskirai kaip pagrindą nešiojamiems ultragarsiniams prietaisams, kurie buvo pritaikyti įvairioms reikmėms ir tikslioms smegenų vietoms.
Cheno komanda išbandė šią techniką su Parkinsono ligos pelės modeliu. Su AhSonogenetics jie galėjo stimuliuoti du smegenų regionus vienu metu vienoje pelėje, todėl nebereikėjo kelių implantų ar intervencijų. Ši stimuliacija sumažino su Parkinsono liga susijusį motorinį trūkumą pelės modelyje, įskaitant lėtus judesius, sunkumus vaikščioti ir šąlantį elgesį.
Komandos Airy-beam prietaisas įveikia kai kurias sonogenetikos ribas, įskaitant įrenginio dizaino pritaikymą konkrečioms smegenų vietoms, taip pat lankstumą koreguoti tikslines vietas vienoje smegenyse.
Hu teigė, kad prietaisas, kurio gamyba kainuoja maždaug 50 USD, gali būti pritaikytas įvairiems smegenų dydžiams, taip išplečiant galimas pritaikymo galimybes.
„Ši technologija gali būti naudojama kaip tyrimų platforma, skirta paspartinti neurologijos tyrimus, nes ji gali lanksčiai nukreipti skirtingus smegenų regionus“, – sakė Hu. „Įperkamumas ir gamybos paprastumas sumažina kliūtis, trukdančias mokslininkų bendruomenei plačiai pritaikyti mūsų siūlomus prietaisus neuromoduliacijos programoms.”