Ultrasuoni e genetica: nuova tecnica di attivazione neuronale

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Lo studio su ultrasuoni e genetica é stato pubblicato su Brain Stimulation.

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Ultrasuoni e genetica uniscono le forze in una nuova metodologia di attivazione dei neuroni. Disturbi neurologici come il morbo di Parkinson e l’epilessia rispondono bene al trattamento con stimolazione cerebrale profonda. Tuttavia, richiedono l’impianto di dispositivi chirurgici. Un team multidisciplinare della Washington University di St. Louis ha sviluppato una nuova tecnica di stimolazione cerebrale che utilizza ultrasuoni focalizzati in grado di attivare e disattivare specifici tipi di neuroni nel cervello e controllare con precisione l’attività motoria senza l’impianto di dispositivi chirurgici.




Lavoro di squadra

Il team, guidato da Hong Chen, della McKelvey School of Engineering , è il primo a fornire prove dirette dell’attivazione non invasiva e specifica nei neuroni nel cervello dei mammiferi. Il risultato arriva combinando l’effetto di riscaldamento indotto dagli ultrasuoni e la genetica. Sonotermogenetica, in breve. È anche il primo lavoro a dimostrare che la combinazione genetica-ultrasuono può controllare in modo robusto il comportamento stimolando un bersaglio specifico in profondità nel cervello.

Calore dal suono

“Il nostro lavoro ha fornito la prova che la sonotermogenetica evoca risposte comportamentali nei topi. Essi si muovono liberamente mentre durante la stimolazione di un sito cerebrale profondo”, ha detto Chen. “La sonotermogenetica ha il potenziale per trasformare i nostri approcci per la ricerca neuroscientifica e scoprire nuovi metodi per comprendere e trattare i disturbi del cervello umano”. Chen e il team hanno inserito un costrutto virale contenente canali ionici TRPV1 a neuroni geneticamente selezionati in modelli-topo. Quindi, hanno attivato una piccola esplosione di calore tramite ultrasuoni focalizzati a bassa intensità un dispositivo indossabile. Il calore, solo pochi gradi più caldo della temperatura corporea, ha attivato il canale ionico TRPV1, che ha agito come un interruttore per accendere o spegnere i neuroni.

Il potere della versatilità

“Possiamo spostare il dispositivo a ultrasuoni per raggiungere diverse posizioni nell’intero cervello”, ha affermato Yaoheng Yang, primo autore . “Poiché non è invasiva, questa tecnica ha il potenziale per essere adattata a grandi animali e potenzialmente all’uomo”. Il lavoro si basa sulla ricerca condotta nel laboratorio di Cui e pubblicata su Scientific Reports nel 2016. Cui e il suo team hanno scoperto per la prima volta che gli ultrasuoni da soli possono influenzare l’attività del canale ionico. Potrebbero anche portare a modi nuovi e non invasivi per controllare l’attività di cellule specifiche . Nel loro lavoro, hanno scoperto che gli ultrasuoni focalizzati modulavano le correnti che fluiscono attraverso i canali ionici in media fino al 23%.

Tutto a portata di suono

Il lavoro si basa anche sul concetto di optogenetica, la combinazione dell’espressione mirata di canali ionici fotosensibili e la consegna precisa della luce per stimolare i neuroni in profondità nel cervello. Sebbene l’optogenetica abbia aumentato la scoperta di nuovi circuiti neurali, è limitata nella profondità di penetrazione a causa della diffusione della luce e richiede l’impianto chirurgico di fibre ottiche. La sonotermogenetica promette di colpire qualsiasi posizione nel cervello del topo con una risoluzione su scala millimetrica. Il tutto senza causare alcun danno al cervello, ha detto Chen. Lei e il team continuano a ottimizzare la tecnica e a convalidare ulteriormente i risultati.



Daniele Tolu

 

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