Американские ученые создали клетки млекопитающих, которые можно активировать с помощью звука. Они проверили метод на культуре человеческих клеток и клетках мозга живых мышей. В перспективе технологию «соногенетики» можно будет использовать для неинвазивной глубокой стимуляции мозга, в кардиостимуляторах и инсулиновых помпах. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
«Беспроводная связь — это будущее практически для всего. Мы уже знаем, что ультразвук безопасен и что он может проходить через кости, мышцы и другие ткани, что делает его идеальным инструментом для манипулирования клетками глубоко в организме», — рассказал Шрикант Чаласани из Института биологических исследований Солка.
Около десяти лет назад ученые впервые выдвинули идею «соногенетики» — использования звука для стимуляции специальных генетически маркированных клеток. В 2015 году исследователи из Института биологических исследований Солка обнаружили у круглого червя Caenorhabditis elegans белок TRP-4, который делает клетки чувствительными к низкочастотному ультразвуку. Когда ученые с помощью методов генной инженерии встроили TRP-4 в мембрану нейронов C. elegans, они смогли управлять клетками с помощью ультразвука. Однако на клетках млекопитающих повторить этого не получилось. Некоторые собственные белки млекопитающих чувствительны к ультразвуку, но ни один из них не оказался идеальным для клинического применения.
Поэтому ученые приступили к поиску нового белка млекопитающих, который смог бы сделать клетки чувствительными к ультразвуку на частоте 7 МГц, считающейся оптимальной и безопасной. Для этого они по очереди добавляли сотни белков в клеточную линию человека, которая обычно не реагирует на ультразвук. Затем каждую клеточную культуру ученые помещали в установку, позволяющую отслеживать изменения в клетках при ультразвуковой стимуляции.
В результате ученые нашли нужное свойство у белка TRPA1 — канала, который позволяет клеткам реагировать на присутствие вредных соединений. Этот канал в ходе экспериментов открывался и в ответ на ультразвук. Исследователи проверили взаимодействие TRPA1 с ультразвуком на культурах человеческих клеток, а также на нейронах в мозге живых мышей. В обоих случаях только клетки с генами TRPA1 реагировали на ультразвук.
В настоящее время для лечения таких состояний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, используется глубокая стимуляция мозга, в том числе хирургическая имплантация электродов в мозг. Однажды соногенетика может заменить этот подход, поэтому ученые планируют разработать способы, которые позволят преодолевать гематоэнцефалический барьер. Кроме того, соногенетику теоретически можно использовать вместо инвазивных кардиостимуляторов, чтобы активировать клетки сердца.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
