Tai, kas vieną dieną gali tapti nauju epilepsijos gydymo būdu, San Francisco, Santa Cruz ir UC Berkeley tyrėjai panaudojo šviesos impulsus, kad išvengtų į traukulius panašios neuronų veiklos. Tyrimas atliktas lapkričio 15 d. Gamtos neuromokslai.
Tyrėjai naudojo smegenų audinį, kuris buvo pašalintas iš epilepsija sergančių pacientų kaip gydymo dalį.
Galų gale jie tikisi, kad ši technika pakeis smegenų audinio pašalinimo operaciją, kurioje atsiranda traukuliai, ir suteiks mažiau invazinę galimybę pacientams, kurių simptomų negalima kontroliuoti vaistais.
Komanda naudojo metodą, žinomą kaip optogenetika, kuriame naudojamas nekenksmingas virusas, pernešantis šviesai jautrius mikroorganizmų genus į tam tikrą smegenų neuronų rinkinį, kurį galima įjungti ir išjungti šviesos impulsais.
Tai pirmasis įrodymas, kad optogenetika gali būti naudojama gyvo žmogaus smegenų audinio priepuolių aktyvumui kontroliuoti, ir atveria duris naujiems kitų neurologinių ligų ir būklių gydymo metodams.
„Tai yra milžiniškas žingsnis link galingo naujo epilepsijos ir tikėtinų kitų ligų gydymo būdo“, – sakė Tomaszas Nowakowskis, daktaras, neurologinės chirurgijos docentas ir vienas iš tyrimo autorių.
Sumažinti epilepsijos šuolius
Kad audinys išliktų gyvas pakankamai ilgai, kad būtų baigtas kelias savaites trukęs tyrimas, mokslininkai sukūrė aplinką, kuri imituoja sąlygas kaukolės viduje.
John Andrews, medicinos mokslų daktaras, neurochirurgijos rezidentas, uždėjo audinį ant maistinės terpės, panašios į smegenų skystį, kuris plauna smegenis.
Davidas Schafferis, mokslų daktaras, UC Berkeley biomolekulinis inžinierius, rado geriausią virusą, pernešantį genus, kad jie veiktų konkrečiuose neuronuose, į kuriuos buvo nukreipta komanda.
Tada Andrews padėjo audinį ant pakankamai mažo elektrodų lovos, kad galėtų aptikti tarpusavyje bendraujančių neuronų elektros iškrovas.
Kai smegenys veikia normaliai, neuronai siunčia signalus skirtingu laiku ir dažniu nuspėjamu, žemo lygio pokalbiu. Tačiau priepuolio metu pokalbiai sinchronizuojasi į garsius elektros aktyvumo pliūpsnius, kurie užgožia atsitiktinį smegenų pokalbį.
Komanda tikėjosi panaudoti šviesos impulsus, kad išvengtų sprogimų, išjungdama neuronus, kuriuose yra šviesai jautrių baltymų.
Nuotolinio valdymo eksperimentas
Pirma, komanda turėjo rasti būdą, kaip atlikti savo eksperimentus nepažeidžiant audinio. Mažyčiai elektrodai buvo tik 17 mikronų atstumu vienas nuo kito – mažiau nei pusė žmogaus plauko pločio – ir mažiausias smegenų gabalėlių judėjimas gali iškreipti jų rezultatus.
Mircea Teodorescu, mokslų daktaras, UCSC elektros ir kompiuterių inžinerijos docentas ir vienas iš vyresniųjų tyrimo autorių, sukūrė nuotolinio valdymo sistemą, skirtą įrašyti neuronų elektrinį aktyvumą ir perduoti šviesos impulsus į audinį.
Teodorescu laboratorija parašė programinę įrangą, kuri leido mokslininkams valdyti aparatą, todėl grupė galėjo nukreipti Santa Kruzo eksperimentus su audiniais Nowakowskio San Francisko laboratorijoje.
Tokiu būdu niekam nereikėjo būti patalpoje, kurioje buvo laikomos servetėlės.
„Tai buvo labai unikalus bendradarbiavimas, siekiant išspręsti neįtikėtinai sudėtingą tyrimų problemą”, – sakė Teodorescu. „Faktas, kad mes iš tikrųjų padarėme šį žygdarbį, rodo, kiek daug toliau galime pasiekti, kai sujungsime savo institucijų stipriąsias puses.
Nauja įžvalga apie priepuolius
Optogenetika leidžia tyrėjams priartinti atskirus neuronų rinkinius.
Grupė galėjo matyti, kokių tipų neuronų ir kiek jų reikia, kad prasidėtų priepuolis. Ir jie nustatė mažiausią šviesos intensyvumą, reikalingą neuronų elektriniam aktyvumui pakeisti gyvų smegenų pjūviuose.
Tyrėjai taip pat galėjo pamatyti, kaip neuronų sąveika slopino traukulius.
Edward Chang, MD, UCSF Neurologijos chirurgijos vadovas, sakė, kad šios įžvalgos gali pakeisti epilepsija sergančių žmonių priežiūrą.
„Manau, kad ateityje mums nereikės to daryti, jei naudosime tokį metodą“, – sakė Chang, kuris kartu su Nowakowski yra UCSF Weill neuromokslų instituto narys.
„Mes galėsime suteikti žmonėms daug subtilesnę, veiksmingesnę jų priepuolių kontrolę, tuo pačiu išgelbėdami juos nuo tokios invazinės operacijos.”