无创性脑控制:新光敏蛋白质使更简单、更强大的光遗传学
光遗传学技术,允许科学家控制由闪亮的神经元,大脑活动依赖光敏蛋白可以抑制或刺激细胞内电信号。这种技术需要在大脑中植入一个光源,达到细胞可以控制。麻省理工学院的工程师们已经发明了第一个光敏分子,使神经元沉默无创,使用光源以外的头骨。这使得它可以做长期研究没有植入的光源。蛋白质,称为下巴,也允许更大体积的组织的影响。
这种非侵入性方法铺平了道路使用光遗传学在人类患者治疗癫痫和其他神经系统疾病,研究人员说,尽管更多的测试和开发是必要的。由Ed Boyden生物工程副教授,麻省理工学院大脑与认知科学系,研究人员描述了蛋白质在6月29日的自然神经科学。
光遗传学技术发达在过去的15年里,已经成为一个常见的实验室工具关闭或刺激特定类型的大脑中的神经元,使神经科学家更多地了解他们的功能。
神经元研究必须基因工程生产光敏蛋白质被称为视蛋白,影响电活动的渠道或泵通过控制离子的流动的细胞。研究人员然后插入一个光源,如光纤,进入大脑神经元控制选择。
然而,这些植入物很难插入,可以不兼容多种实验,如研究的发展,在此期间大脑的变化大小,或神经退行性疾病,在植入物可以与大脑生理学。此外,很难与这些植入物进行长期研究的慢性疾病。
挖掘大自然的多样性
找到一个更好的选择,Boyden,研究生艾米Chuong,和他的同事们转向自然世界。许多细菌和其他生物使用视蛋白检测环境光和作出调整。现在大多数的自然视蛋白用于光遗传学最好应对蓝色或绿色光。
Boyden的团队之前确定了两个光敏应对红灯的氯离子泵,可以更深入探索活组织。然而,这些分子,发现细菌中Haloarcula marismortui和Haloarcula vallismortis,并未引起足够强大photocurrent-an电流响应光是有用的在控制神经元的活动。
Chuong着手提高光电流通过寻找这些蛋白质和测试他们的亲属电活动。然后她策划一个亲戚通过许多不同的突变体。这个屏幕的结果,下巴,保留其红灯敏感性但更photocurrent-enough关闭神经活动。
“这是自然世界的基因组多样性如何产生强大的试剂,可以使用在生物学和神经科学,“Boyden说谁是麻省理工学院的媒体实验室的成员和麦戈文脑研究所。
使用这个视蛋白,研究人员能够关闭老鼠大脑中的神经元活动与光源以外的动物的头。镇压发生在大脑中深达3毫米,和现有的一样有效,消音器,依靠其他颜色的光线通过传统的入侵照明。
恢复视力
使用弗雷德里希米歇尔生物医学研究所的研究人员在瑞士,麻省理工学院的团队还测试了下巴的能力恢复视网膜细胞的感光性称为锥。ob欧宝直播nba人的一种疾病色素性视网膜炎,视锥细胞慢慢萎缩,最终导致失明。
弗雷德里希米歇尔研究所科学家罗斯卡和Volker Busskamp曾表明,一些老鼠的视力可以恢复工程锥细胞表达光敏蛋白质。在论文中,博通和Busskamp测试下巴蛋白在小鼠视网膜和发现它更像眼睛的自然视蛋白和提供了一个更大范围的感光性,使其更有效的治疗色素性视网膜炎。
这种类型的非侵入性方法光遗传学也可能代表一个一步发展optogenetic治疗疾病,如癫痫,这可能是由关闭不点火控制神经元引起癫痫发作,Boyden说。“由于这些分子来自物种除了人类,许多研究必须评估其安全性和有效性进行的治疗,”他说。
Boyden的实验室正在与许多其他研究小组进一步测试下巴视蛋白供其他应用程序使用。团队也在寻求新的光敏蛋白质和正在大规模筛选的方法可以加快发展的蛋白质。
